电解水制取氢气，是目前获取氢能源最直接，高效，环保的方法之一。电催化剂的使用可以显著降低反应过程中的过电位，减少能量损耗，实现节能减排的目标。尽管贵金属催化剂有着最优的催化活性，但其较低的储量与昂贵的制备成本严重制约了其大面积工业化应用。因此，开发高效，价格低廉的非贵金属催化剂成为发展电解水制氢的关键。过渡金属催化剂，尤其是铁系金属（Fe，Co，Ni），得到研究人员的广发研究与关注，但其较弱的导电性，较差的反应活性以及较少的表面活性位点等缺点，使其表现出差强人意的催化性能。

绿色创新中心王宁教授、郑金龙副教授立足于异质界面工程，制备了FeP@CoP异质结纳米阵列，用于电催化析氢反应（HER），不仅深入地解释了其性能提升机理，而且还将其应用于电解海水制氢领域。

由于FeP与CoP相表面不同的电荷分布，因此在其界面处Co原子周围的电子会定向转移至Fe原子处，直至达到平衡态，形成新的活性中心。结合分子轨道理论和d带中心理论，Co 3d轨道具有更低的d带中心，因此对H*中间体表现更低的吸附能力；反之，Fe 3d轨道的d带中心较高，故表现更强的吸附能力。因此，界面处电子结构调控将对活性位点的吸附性能进行调控，使之表现更优的H*吸附能。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，界面桥接位点处表现最低的H*吉布斯自由能，且界面附近的Co位点与Fe位点同样表现更低的吉布斯自由能，相对于单相的CoP和FeP位点。因此， FeP@CoP异质结纳米阵列展示更优的电催化析氢性能，在碱性纯水电解液中，当电流密度为10 mA/cm2时，所需过电位仅为50 mV，且塔菲尔斜率为51.1 mV/dec。匹配相应的阳极材料，所组装的双电极电解池仅需要1.50 V，即可实现10 mA/cm2。不仅如此，该电解池在碱性自然海水中也表现优异的电催化制氢性能。

该研究工作于2022年7月26日以“Interfacial electronic structure modulation of CoP nanowires with FeP nanosheets for enhanced hydrogen evolution under alkaline water/seawater electrolytes”为题，发表于Applied Catalysis B: Environmental上（Appl. Catal. B-Environ. 317 (2022) 121799）。论文第一作者为博士生吕超杰，王宁教授和郑金龙副教授为共同通讯作者。