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随着全球能源消费需求的不断上涨和环境问题的日益恶化，开发可再生、清洁能源替代传统化石燃料具有重要意义。氢能因为其高质量能量密度、无碳排放被认为是一个绿色能源。电解水技术是实现可持续制氢的重要手段，其关键挑战在于高性能的析氢和产氧反应电催化剂的开发。本文基于钴钼氮化物，通过探索不同的催化剂制备方法，合成了具有优异性能的电解水催化剂。
首先，采用两步法在氮掺杂碳基底上负载钴和氮化钼复合物(Co-Mo2N@NC)，探索Co/Mo比例对催化剂结构及电催化析氢(HER)性能的影响规律。表征和性能评价结果表明，单质钴的引入提高了Co-Mo2N@NC体系的导电性，加快电子传输速率；Co与Mo2N相互作用有效降低Mo空d轨道的密度并降低金属-氢键键能，有利于产物脱附；催化剂在反应过程中表面原位形成的Co(OH)2可以促进HER反应第一步的水解离过程。因此，催化剂在碱性介质中表现出优异的HER活性：达到10mA·cm-2和100mA·cm-2所需过电势分别为47mV和170mV，比20wt%Pt/C的性能更加优异。
Co-Mo2N@NC只具有较高的HER催化活性，但电解水需要同时进行HER和OER反应，使用两种不同的催化剂使得电解水反应运行成本增加。为降低运行成本，采用原位水热-氮化方法在泡沫镍基底上原位生长钴钼氮化物纳米棒(MoN-Co2Mo3N@NF)自组装催化剂作为双功能催化剂，探索氮化温度对催化剂结构及电催化析氢和产氧(HER和OER)性能的影响规律。催化剂中Co和Mo的协同作用可调节金属-氢键键能，促进HER反应。在OER反应中催化剂被部分氧化，形成新的催化活性位点，促进OER反应进行。因此MoN-Co2Mo3N@NF在碱性介质中表现出优异的电化学析氢和产氧催化活性。在100mA·cm-2电流密度下，HER过电势为155mV，OER过电势为380mV，性能优于Co-Mo2N@NC。由MoN-Co2Mo3N@NF同时作为阴极和阳极组装而成的两电极电解池在100mA·cm-2电流密度下，电池电势为1.80V，优于贵金属材料Pt/C和RuO2组成的两电极电解池。
首先，采用两步法在氮掺杂碳基底上负载钴和氮化钼复合物(Co-Mo2N@NC)，探索Co/Mo比例对催化剂结构及电催化析氢(HER)性能的影响规律。表征和性能评价结果表明，单质钴的引入提高了Co-Mo2N@NC体系的导电性，加快电子传输速率；Co与Mo2N相互作用有效降低Mo空d轨道的密度并降低金属-氢键键能，有利于产物脱附；催化剂在反应过程中表面原位形成的Co(OH)2可以促进HER反应第一步的水解离过程。因此，催化剂在碱性介质中表现出优异的HER活性：达到10mA·cm-2和100mA·cm-2所需过电势分别为47mV和170mV，比20wt%Pt/C的性能更加优异。
Co-Mo2N@NC只具有较高的HER催化活性，但电解水需要同时进行HER和OER反应，使用两种不同的催化剂使得电解水反应运行成本增加。为降低运行成本，采用原位水热-氮化方法在泡沫镍基底上原位生长钴钼氮化物纳米棒(MoN-Co2Mo3N@NF)自组装催化剂作为双功能催化剂，探索氮化温度对催化剂结构及电催化析氢和产氧(HER和OER)性能的影响规律。催化剂中Co和Mo的协同作用可调节金属-氢键键能，促进HER反应。在OER反应中催化剂被部分氧化，形成新的催化活性位点，促进OER反应进行。因此MoN-Co2Mo3N@NF在碱性介质中表现出优异的电化学析氢和产氧催化活性。在100mA·cm-2电流密度下，HER过电势为155mV，OER过电势为380mV，性能优于Co-Mo2N@NC。由MoN-Co2Mo3N@NF同时作为阴极和阳极组装而成的两电极电解池在100mA·cm-2电流密度下，电池电势为1.80V，优于贵金属材料Pt/C和RuO2组成的两电极电解池。