第一作者：
时航、代天一
通讯作者：郎兴友、蒋青
通讯单位：吉林大学
论文DOI：10.1002/adma.202406711
针对多反应中间体的电催化过程，构建具有多催化活性位点的电极材料是打破线性标度关系的有效策略。本文报道了由W桥连的Co
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W和WNi
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组成的双金属间化合物异质结构无缝集成在分级纳米多孔Ni韧带上，作为高效的碱性氢氧化反应（HOR）和氢析出反应（HER）催化材料。
Co
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W-WNi
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异质结构界面的W原子与邻近的Co和Ni形成多活性位点中心，可适当吸附H*和OH*反应中间体，加速水的解离/结合，柱状纳米结构的Ni骨架促进反应过程中电子转移和离子/分子传输。因此，该电极具有优异的HOR/HER活性和电化学稳定性，其HOR几何交换电流密度为~6.62 mA cm
-2
，在过电位200 mV能实现~1.45 A cm
-2
的HER电流密度。这种原子有序的金属间化合物异质结构电极材料有望取代铂族金属催化剂实际应用于氢氧化物交换膜水电解槽和燃料电池。
以氢气作为清洁高效的能源载体，通过由可再生电能驱动的电催化水分解制氢和氢燃料电池形成零碳排放的水循环系统，是具有发展前景的能量存储与转换方式之一
。氢氧化物交换膜水电解池和燃料电池
由于碱性环境的腐蚀性较小而引起广泛关注，除了低成本的膜、双极板和其他组件外，还可以使用低成本的无Pt催化剂电极。氢氧化物交换膜水电解池的阴极和燃料电池的负极分别发生HER和HOR过程，碱性介质中的HER/HOR由于涉及多步骤反应而动力学缓慢，包括水解离/形成和H*与OH*中间体吸附/结合。因此，亟需构建具有多位点的催化材料以加速碱性HER/HOR动力学。当电子和离子/分子在活性位点接触时，才会在固-液-气三相界面上电催化反应，因此，电极系统还需要具备快速的电子和离子传输路径。
1. 本工作通过合金化、化学脱合金化结合的方法，构建了Co
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W-WNi
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双金属间化合物异质结构无缝集成在分级纳米多孔Ni韧带上，实现了高效的HOR/HER，且金属间化合物的强共价键抑制原子扩散，从而提高其电化学稳定性。
2. 由于界面W原子桥连邻近的Co
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W和WNi
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金属间化合物，形成了具有适中吸附能的Co-Ni-Co和Co-W-Co多活性位点中心，有利于水离解/结合和反应中间体吸附/脱附，加速HOR/HER反应动力学。
3. 分级多孔Ni韧带促进反应过程中的电子转移和离子/分子传输，改善电极系统传输动力学。
图1 纳米多孔复合电极材料的制备示意图及其结构表征
本工作成功构建Co
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W-WNi
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双金属间化合物异质结构负载于纳米多孔Ni骨架，作为碱性高效的HOR/HER电极材料。原子有序的金属间化合物Co
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W-WNi
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共用界面W原子，形成稳定的双金属间化合物Co
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W-WNi
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异质结构，其明确的Co-Ni-Co和Co-W-Co多位点有利于反应中间体的吸/脱附，加速了碱性HOR/HER动力学。柱状纳米孔结构提高了Co
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W-WNi
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异质结构界面的电解液可及性，促进了电子转移和离子/分子质量传输。因此，自支撑型纳米孔Co
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W-WNi
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/Ni具有优异的碱性HOR/HER性能。在0.1 M KOH电解液中，Co
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W-WNi
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/Ni的几何电流密度为~31.43
mA cm
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，几何交换电流密度为~6.62 mA cm
-2
，失活电位高达~0.35 V(相对于RHE)。该电极在1
M KOH电解液中仅需要150 mV过电位即可达到安培级HER电流密度，且能保持1000小时的长期服役性能。这些优异的电化学性能使纳米多孔Co
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W-WNi
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/Ni电极成为氢氧交换膜水电解槽和氢燃料电池的理想电极材料，这一发现也证明了利用热力学稳定的金属间化合物作为平台材料构建多催化活性位点的可行性。
时航
，吉林大学博士后，入选博士后创新人才支持计划和吉林大学“鼎新学者”支持计划。获得国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金面上项目、吉林省博士后择优资助。研究方向为纳米多孔金属的可控合成及其在电催化性能研究，以（共同）第一作者在Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊发表论文12篇，ESI高被引论文3篇。
代天一
，吉林大学博士后，入选国家资助博士后研究人员计划和吉林大学“鼎新学者”支持计划。研究方向为通过第一性原理计算与机器学习进行材料设计，以（共同）第一作者在Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊发表论文17篇，包含热点论文1篇，被SCI他引300余次。
郎兴友
，吉林大学教授，国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部“创新人才推进计划”中青年科技创新领军人才、国家万人计划青年拔尖人才、教育部长江学者奖励计划青年学者、国家自然科学基金委优秀青年基金获得者。主要围绕新能源材料及其器件中能量存储与转化、微纳米结构设计与精准制备开展研究，在Nat. Nanotechnol., Nat. Commun.等国际著名学术期刊上发表论文140余篇，SCI他引9000余次，单篇最高他引1900余次。
蒋青
，吉林大学教授，国家自然科学基金委员会杰出青年基金获得者、教育部长江学者奖励计划特聘教授。研究领域为材料热力学/动力学、新能源材料能量存储与转化。在WoS收录科技论文700多篇，引用36000余次，H因子97，2021-2023年为科睿唯安全球高被引学者。
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