洁净煤技术

作者：李建华, 杨介宇, 黄麓璇, 吕任生, 金学坤, 陈晟熙, 陈凤娟

关键词：碳化钼,电催化析氢,氢气,反应机理,析氢材料

在全球能源需求持续增长与碳排放压力日益加剧的背景下，开发高效、清洁的能源转换技术已成为当今科学研究与工程应用的重要方向。氢能因其高能量密度、零碳排放和可持续性被视为最具潜力的替代能源之一。电解水制氢技术能够以水为原料产生高纯度氢气，过程中几乎不产生CO2，是一种环境友好的制氢方式。然而，该技术的商业化应用仍高度依赖高效、稳定的电催化剂，以降低析氢反应（HER）的过电位并提高能量转换效率。贵金属铂（Pt）基催化剂虽表现出优异的HER活性，但其高昂的成本和有限的资源严重制约了其大规模应用。因此，开发具有高活性、高稳定性且成本低廉的非贵金属电催化剂成为当前研究的重点。在众多候选材料中，碳化钼因具有类铂的d带电子结构和良好的电导性，在宽pH范围内展现出卓越的电催化析氢性能，被认为是最有希望替代Pt的催化剂之一。然而，碳化钼仍存在氢中间体（H*）吸附过强、活性位点易被覆盖、比表面积有限及长期稳定性不足等问题，限制了其实际应用。本研究旨在系统综述碳化钼基电催化剂在HER中的最新研究进展，重点关注其电子结构特性、合成方法、性能优化策略及反应机理。首先，从电催化析氢的基本机理出发，结合碳化钼的晶体结构与电子性质，分析其作为HER催化剂的潜在优势与现存挑战。其次，系统梳理了碳化钼的主要合成策略，包括高温碳化法和气相沉积技术，评述了各类方法在控制材料形貌、尺寸和界面结构方面的优缺点。进一步地，从电子结构调控、界面工程、复合结构构建等多个维度，总结提升碳化钼HER性能的改性途径，如构建异质结、杂原子掺杂、碳基复合、缺陷工程等，并借助密度泛函理论（DFT）计算深入揭示其催化机制与构效关系。最后，基于当前研究中存在的问题，对未来碳化钼基催化剂的发展方向提出展望。本综述经系统分析与讨论表明，通过对碳化钼进行合理的结构设计与性能调控，可显著增强其HER催化活性与稳定性，为其在电解水制氢中的实际应用提供理论依据与技术路径。未来的研究应更注重材料设计与机理研究的深度融合，推动碳化钼基催化剂从实验室向产业化迈进。

来源：2025年第12期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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