今日，昆明理工大学材料学院王劲松在Advanced Functional Materials期刊发表题为“Synergistically Accelerating Water dissociation and Hydroxyl Spillover via Gradient Oxyphilic Structure on Mo-SAs/Mo-NiO for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution”的研究论文，硕士研究生刘杨扬为论文第一作者，王劲松为论文通讯作者。

在“双碳”目标引领下，利用可再生能源驱动碱性电解水制备绿色氢气，已成为极具发展潜力的氢能制取技术。碱性析氢反应（HER）是该技术的核心环节，目前商用铂基催化剂虽催化性能优异，但存在储量稀缺、成本高昂的问题，难以满足大规模工业化应用需求，因此开发低成本、高性能非贵金属电催化剂成为当下研究热点。碱性体系下的析氢反应包含多步基元过程，水分解动力学迟缓是制约催化效率的首要问题。现阶段常采用元素掺杂、异质结构筑等方式优化催化剂性能，但传统异质材料普遍存在界面边界密度低、活性位点数量不足的缺陷。与此同时，反应体系受Brønsted-Evans-Polanyi 原理限制，形成难以破解的矛盾：增强羟基（*OH）吸附作用虽能加快水裂解，却会造成中间体大量堆积，进而毒化活性位点；减弱*OH 吸附虽可避免位点堵塞，又会直接抑制水分解过程。如何打破这一固有制衡关系，同步实现水分解、*OH 脱附和氢中间体（*H）吸脱附过程的高效进行，是碱性析氢催化领域亟待突破的核心难题。

基于此，论文设计并制备出Mo单原子负载Mo掺杂氧化镍（Mo-SAs/Mo-NiO）复合型电催化剂。研究利用Mo掺杂与Mo单原子构建原子级梯度亲氧结构，打造“能量下坡”通道，驱动*OH自发溢流，破解*OH富集难题。结合理论计算与多维度实验表征，系统证实该结构可同步降低水分解能垒、优化氢中间体吸附能。电化学测试表明，该催化剂在碱性体系中表现出超低过电位、快速反应动力学与超长循环稳定性，综合性能优于多数同类镍基与单原子催化剂。本研究提出的梯度吸附与动态中间体溢流策略，为碱性析氢及其他电催化体系提供了全新的设计思路。

研究团员也在Journal of Colloid And Interface Science期刊发表题为“Achieving high-performance manganese oxide-based aqueous zinc-ion batteries via a heterostructure strategy”的研究论文，硕士研究生孙津津为论文第一作者。

二氧化锰（MnO2）是水系锌离子电池极具应用前景的正极材料之一，这主要得益于其理论比容量高、成本低廉且安全性优异。但该材料在充放电循环过程中存在锰溶解、导电性差、离子扩散动力学缓慢等问题，严重制约了其商业化应用。论文设计了一种新型a/β−MnO2异质结构，将其用作锌离子电池正极材料。该结构设计可结合快速的离子扩散通道与稳定的晶体骨架，实现性能协同优化。理论计算与实验结果表明，异质结构引发的晶格扩张可拓宽离子扩散通道，助力锌离子快速迁移。同时，异质结构形成的内建电场与β相的锚定作用协同促进可逆相变，有效缓解姜-泰勒畸变并抑制锰元素溶解。电化学测试结果显示，该a/β−MnO2异质电极在电流密度0.1A⋅g −1下，最大比容量可达402.7mA⋅h⋅g −1；在1A⋅g −1的大电流密度下循环 1000 圈后，容量保持率仍高达 77%，展现出优异的循环稳定性。本研究为合理设计高容量、长循环寿命的二氧化锰基水系锌离子电池正极材料提供了新思路。

该研究工作得到国家自然科学基金、云南省科学技术厅优先青年基金和面上项目的资助。

文章链接： http://doi.org/10.1002/adfm.76496

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979726010337