在绿色氢能发展中，电催化水分解制氢是一条重要技术路线。然而，阳极氧析出反应（OER）动力学缓慢，限制了整体水分解效率。因此，开发高活性、高稳定性的非贵金属OER催化剂具有重要意义。
近日，上海大学焦正教授&程伶俐教授团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表题为“Engineering carbon nanofiber-supported NiCo/CoNi2S4 Mott-Schottky heterostructure with robust interfacial electric field for boosting oxygen evolution reaction kinetics”的研究论文。研究者构筑了碳纳米纤维负载NiCo/CoNi2S4 Mott–Schottky异质结构，实现了OER活性、反应动力学和长期稳定性的协同提升。
该体系将NiCo合金、CoNi2S4和碳纳米纤维（CNF）的优势结合起来。NiCo提供良好导电性，CoNi2S4提供丰富活性位点，CNF则构建连续电子传输网络并增强结构稳定性。
图形摘要：NiCo@CNF/CoNi2S4 Mott–Schottky异质结构促进OER动力学的示意图。
图1：NiCo@CNF/CoNi2S4的合成过程。
图2：NiCo@CNF/CoNi2S4的形貌与结构表征。
如图1，研究团队通过NiCo-MOF前驱体、静电纺丝、预氧化和碳化过程，制备了NiCo@CNF导电骨架；随后通过SEM与TEM(图2)可以看到CoNi2S4纳米颗粒在碳纤维表面生长，得到NiCo@CNF/CoNi2S4异质结构。该结构中，NiCo合金被限域在CNF内部，CoNi2S4均匀分布于纤维表面，两者形成紧密接触，为快速电子传输和高效OER反应提供了结构基础。
图3：NiCo@CNF/CoNi2S4及相关样品的XAFS分析。
XAFS结果（图3）表明，NiCo@CNF/CoNi2S4中Co和Ni的吸收边及局域配位环境发生明显变化，说明异质界面有效调控了金属中心的电子结构。该界面电荷重排有助于增强Co/Ni活性位点的电子耦合能力。
图4：NiCo@CNF/CoNi2S4、CNF/CoNi2S4、NiCo@CNF和RuO2的OER性能。
在1.0 M KOH中，NiCo@CNF/CoNi2S4仅需252 mV过电位即可达到10 mA cm-2，并具有68.96 mV dec⁻¹的Tafel斜率，表现出优异的OER活性和快速动力学。同时，该催化剂在100 mA cm-2下稳定运行1000 h，显示出良好的长期耐久性。
图5：不同电位下的Bode相位图及原位Raman光谱。
原位测试进一步揭示了催化剂的真实反应过程。Bode相位图说明，NiCo@CNF/CoNi2S4在OER过程中具有更顺畅的界面电荷传输；原位Raman结果表明，表层CoNi2S4会在反应中重构为Ni(Co)OOH活性相，从而参与OER反应。
图6：NiCo/CoNi2S4的OER反应路径、pCOHP分析、差分电荷密度图和态密度。
DFT计算表明，NiCo/CoNi2S4异质界面可促进电子重新分布，优化关键含氧中间体的吸附强度，并降低OER速率决定步骤的能垒。这说明界面电子结构优化是性能提升的重要原因。
总结与展望
本研究通过界面工程与空间限域策略，构筑了NiCo@CNF/CoNi2S4 Mott–Schottky异质结构。该材料兼具高效电子传输、丰富活性位点和良好结构稳定性，在碱性OER中表现出优异的活性与耐久性。该工作为高性能非贵金属OER催化剂的设计提供了新思路。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.140649
人物简介
程伶俐，上海大学教授，博士生导师。2010年毕业于同济大学，获得博士学位。2008-2010年期间，获得国家留学基金委资助，赴日本大阪大学产业科学研究院进行博士生联合培养。2017年、2018年分别在澳大利亚昆士兰大学、英国伯恩茅斯大学进行访学。主要研究方向为环境功能材料，主要包括新型碳材料、过渡金属氧化物和光催化功能材料，电化学功能材料及气敏材料的可控制备及其性能研究。作为项目负责人，承担过国家自然科学基金青年基金1项、面上项目1项、上海市教委科技创新项目、以及重大横向等多项科研项目。以第一/通讯作者在Coordination Chemistry Reviews（IF=20.6）、Applied Catalysis B: Environmental（IF=22.1）、Chemical Engineering Journal (IF=15.1)、Small（IF=13.3）、Carbon（IF=10.9）、Journal of Colloid and Interface Science（IF=9.9）等行业权威期刊发表相关SCI研究论文48篇，申请国家发明专利25项（已授权16项），获得2018年上海市科技进步一等奖，以及2022年中华环保联合会科学技术一等奖。
焦正，上海大学教授，博士生导师。俄罗斯工程院外籍院士，现任上海大学科技合作处处长，中华环保联合会VOCs污染防治专业委员会副主任委员，IEEE 高级会员，电子学会高级会员，美国化学学会会员。长期从事环境功能材料的控制合成、机理及工程应用研究，具体研究方向包括污染物治理关键材料与技术、环境污染物检测材料与传感器件、新能源材料等。发表SCI论文约262篇，他引6000余次，H因子45；承担过国家自然科学基金、上海市科委重点项目等20余项科研项目；获得授权国家专利约60项。曾获得广东省科技进步奖一等奖，多次获得上海市科技进步奖，2022年荣获中国技术市场领域最高奖项“金桥奖”。
