全球能源格局正在经历一场关键转型，这一转型是由化石燃料资源的枯竭和迫切需要缓解温室气体排放引起的气候变化所驱动的。随着对清洁和可持续能源需求的增加，风能、太阳能和水力发电等可再生能源因其减少能源系统碳排放的潜力而受到了广泛关注。然而，它们的大规模整合面临固有的挑战，包括间歇性、地理限制以及供需之间的时间不匹配[[1], [2], [3], [4], [5]]。这些限制阻碍了以可再生能源为主导的未来能源系统的可靠性和稳定性。在这种情况下，氢能作为一种有前途的二次能源载体应运而生，能够解决这些挑战。与传统能源不同，氢具有独特的优势：它是清洁的，能量密度高，并且可以通过燃料电池或氢内燃机高效地转化为电能或热能。更重要的是，氢在可再生能源发电和灵活能源利用之间起到了关键作用。通过利用电解技术，多余的可再生电力可以转化为氢进行储存和运输，从而实现长期和跨区域的能源分配[[6], [7], [8], [9], [10]]。在碱性水电解中用于HER的催化剂研究过程中，迄今为止已经报道了多种类型的催化剂，包括贵金属基催化剂、过渡金属合金和金属磷化物/硫化物[11,12]。例如，Gultom等人[13]将Mo掺入Ni-Fe合金中，显著提高了碱性介质中的HER和OER性能，并且在长时间稳定性测试后没有降解。Fan等人[14]通过脉冲电沉积制备了Ni-Mo-W合金电极，并发现W的掺入通过协同效应减少了Mo的溶解，从而提高了Ni-Mo二元合金的HER活性和稳定性。为了解决工业级水电解催化剂中界面电阻高、活性位点利用率低和容易脱落的问题，Chen等人[15]提出了一种具有增强导电性和超亲水/超疏水特性的优化结构策略。密度泛函理论计算表明，双金属磷化物NiCoP在HER方面比单金属磷化物具有独特的优势。这些催化剂通常表现出较低的过电位和在低电流密度下的良好长期稳定性[[16], [17], [18]]。然而，在高电流密度下，大量的气泡会迅速在催化电极表面形成，形成一层密集的气泡层，阻碍了电解质与催化剂之间的接触[[19], [20], [21], [22], [23]]。相关的机械应力还可能导致催化剂从基底上脱落，严重影响HER的性能[[24], [25], [26], [27], [28]]。因此，设计适用于高电流密度条件的氢演化催化剂仍然是一个持续的挑战[[29], [30], [31], [32], [33]]。例如，Zhu等人[34]旨在通过降低制造成本和增加比表面积活性来提高镍颗粒催化剂的成本效益。当作为全水分解电解槽的阴极使用时，电池电压在1 A·cm?2的高电流密度下仅为1.71 V。值得注意的是，该催化剂在这一电流密度下保持了超过1100小时的优异稳定性，性能衰减率极低。
为了进一步提高镍基合金电极的性能，研究重点转向了开发多元合金系统。核心策略是引入第三种或额外的元素，以利用组分之间的协同效应来精确调节电子结构[35,36]。Gao等人[37]对CoSe2电极进行了电化学蚀刻，通过组分浸出和结构重排，形成了具有缺陷位点和低结晶度的高价钴物种。
基于催化电极的当前发展状况，本研究首先通过一步电沉积方法成功制备了Ni-W-Zn三元合金氢演化电极。通过精确调节关键参数（如浴液成分和沉积电位），实现了对电催化剂微观结构的有效控制。随后，通过优化pH值和柠檬酸钠浓度，在电沉积过程中达到了氢演化副反应和金属离子沉积速率之间的平衡，从而减少了氢原子的渗透并显著减轻了催化层中的氢脆化，提高了电极的机械稳定性。此外，通过碱性和电化学蚀刻处理在催化剂表面构建了三维网络结构。这种结构不仅显著增加了催化剂的比表面积，还通过引入缺陷位点和调节表面元素的电子结构，有效增强了其内在催化活性和结构稳定性。本研究系统评估了Ni-W-Zn催化电极在碱性电解槽中的氢演化性能和长期运行稳定性，重点分析了催化剂的微观结构和电化学活性与成分和处理过程之间的关系。它揭示了三元合金化和表面蚀刻重构之间的协同机制，为开发高效和稳定的HER催化剂提供了坚实的理论基础和可行的技术途径。
