氢能作为零碳清洁能源，是实现“双碳”目标的核心载体。电解水制氢凭借产物纯度高、工艺绿色环保的优势，已成为绿氢生产的主流技术。但阴极HER过程动力学缓慢，商用Pt/C催化剂虽为性能标杆，却受限于储量稀缺、价格高昂，限制其大规模工业化推广。因此，开发高效、稳定、低成本的非贵金属基HER催化剂是新能源领域的研究热点与核心挑战。为应对上述挑战，本研究构筑了一种Mo2C和WP纳米颗粒嵌入磷掺杂Janus碳纤维的高效HER电催化剂（[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs）。
近日，长春理工大学董相廷教授、殷端端副教授和东北师范大学薄祥洁副教授在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，发表了最新研究成果“Mo2C and WP Embedded in P-Doped Janus Carbon Fibers as a Highly Active Electrocatalyst for Acidic and Alkaline Hydrogen Evolution Reaction”。研究者成功构建了Mo2C和WP纳米颗粒嵌入磷掺杂Janus碳纤维的高效HER电催化剂（[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs）。该材料在碱性、酸性电解液中均展现出优异的催化性能，碱性条件下HER过电位甚至超越商业20% Pt/C，为非贵金属电催化剂的结构设计与性能突破提供了全新思路。
图1：[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs的合成示意图以及形貌分析
研究团队采用并轴纺丝喷头，通过并轴静电纺丝技术和高温碳化工艺，成功制备了Janus结构的[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs催化剂。通过系列表征，团队证实了Janus结构的成功构建、活性组分的均匀分散，以及异质结界面的电子调控效应，为优异的催化性能提供了核心结构支撑。
图2：[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs的XPS分析
XPS表征发现，与单一组分的Mo2C-PCFs、WP-PCFs相比，[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs中Mo 3d特征峰发生0.40 eV的负移，W 4f 特征峰发生0.30 eV的正移。这一现象直接证明了异质界面处发生了明显的电子转移，这种电子重分布可有效优化氢吸附/脱附能垒，是催化性能大幅提升的核心机制。
图3：[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs在碱性条件下的HER性能
团队在碱性（1 M KOH）与酸性（0.5 M H2SO4）电解液中，系统测试了催化剂的 HER 催化活性、反应动力学与稳定性，结果展现出其具有出色的性能。在 1 M KOH 碱性体系中，[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs 展现出超低过电位：电流密度达 10 mA cm-2 时，过电位仅需33 mV，超越商业 20% Pt/C（39 mV）；其次，其具有超快反应动力学：Tafel斜率低至59.6 mV dec-1，小于商业Pt/C的65.0 mV dec-1，证实其HER过程遵循 Volmer-Heyrovsky机制，具备极快的反应动力学；此外，它还具有优异的电荷传输与活性面积：电荷转移电阻（Rct）仅 3.4 Ω，远低于所有对比样品，电子转移速率极快。
图4：[Mo2C/C]//[WP/C]-JPCFs在酸性条件下的HER性能
在0.5 M H2SO4酸性体系中，催化剂依然保持了顶尖的催化性能：电流密度 10 mA cm-2 时，其过电位仅38 mV，与商业 20% Pt/C性能相当，大幅优于各类非贵金属对比样品；此外，Tafel 斜率低至65.1 mV dec-1，展现出优异的反应动力学。
长春理工大学硕士生吕冬雪为该项研究成果的第一作者。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c22987.
通讯作者：
董相廷，长春理工大学化学与环境工程学院教授，博士，博士生导师。获享受国务院政府特殊津贴专家、吉林省第一层次拔尖创新人才、吉林省高级专家和吉林省B类人才等荣誉称号。从事纳米材料与技术研究，主要研究方向为：电纺技术构筑光电磁多功能一维纳米结构材料与特性研究；电纺技术构筑稀土化合物一维纳米材料与发光性能研究；电纺、水热与溶剂热等及其结合技术构筑低维纳米材料与表征，并将所构筑的低维纳米材料应用于光催化分解有机污染物、光催化分解水制氢、电催化析氢和析氧、锂离子电池、锂硫电池、超级电容器和气体传感器中。以第1名获吉林省技术发明一等奖1项、技术发明二等奖1项、自然科学二等奖1项和吉林省自然科学学术成果奖一等奖2项；以通讯作者在Adv. Funct. Mater., Matter, Small, Renew. Sust. Energ. Rev., Chem. Eng. J., Renew. Energ., ACS AMI, Compos. Sci. Technol., Sensor Actuat B: Chem, J. Mater. Chem. C, Nanoscale等国际重要期刊发表论文500余篇，D指数44 (Research. Com)；获授权国家发明专利60余件；研究成果引起领域内同行的高度关注。
殷端端：长春理工大学化学与环境工程学院副教授，博士，硕士生导师。主要从事电催化剂的制备及性能研究。近年来，主持吉林省科技厅青年成长科技计划项目、吉林省教育厅科学技术研究项目等多个项目。以第一作者或通讯作者在 Renew. Sust. Energ. Rev., Chem. Eng. J., ACS AMI等国际重要期刊发表论文20余篇，获授权国家发明专利3件。
薄祥洁：东北师范大学化学学院副教授，主要从事石墨烯基柔性可穿戴传感器的制备与应用，探索可穿戴体液传感器在非侵入健康检测及疾病诊断中的应用。近五年在国内外学术刊物上发表学术论文30余篇，相关文章发表在Small、Analytical Chemistry等期刊。
