由于氢能源在清洁、可持续能源方面的潜力，它已成为一项关键的可再生技术[[1], [2], [3]]。作为一种可适应的能源媒介，氢可以从多种来源生成，包括化石资源、有机生物质和水[4]。在这些方法中，水电解因其环境效益和与可再生能源的兼容性而脱颖而出[5]。在太阳能或风能等可再生能源的供应下，电解可以产生无碳排放的绿色氢[6]。这使其成为向碳中和经济转型的关键驱动力。随着技术的进步和生产成本的降低，氢有望成为全球可持续能源系统的核心。
金属-载体效应对于提高氢演化反应（HER）电催化剂的活性至关重要[[7], [8], [9]]。这一效应包括三个核心机制，它们协同调节催化性能：（1）电子调制，载体调整金属活性位的电子构型以优化氢的吸附/脱附能量；（2）几何限制，载体提供刚性支架以均匀分散金属纳米颗粒，防止聚集并最大化活性位的暴露；（3）协同活性位生成，金属-载体界面形成新的催化位，其反应动力学优于单个组分的固有活性。HER是水电解系统中的关键半反应，其中金属催化剂与其载体之间的电子和结构相互作用决定了整个系统的性能指标。值得注意的是，在PEMWE系统中，阳极OER的过电位远高于阴极HER，是影响整体电池电压和能耗的主要因素。然而，HER对于电解器的整体效率仍然至关重要；不佳的HER动力学或稳定性仍可能限制系统的长期运行和Pt的利用率，特别是在工业电流密度下，质量和电荷传输阻力会加剧。像金属氧化物、金属氢氧化物、碳基框架和氮化物这样的载体材料提供了稳定金属纳米颗粒的支架，并通过电子和几何效应以及协同活性位的生成来增强催化性能[[10], [11], [12], [13]]。特别是MoO2由于其独特的电子性质（电导率约为100 S cm?1）、在酸性介质中的稳定性以及与金属纳米颗粒的强相互作用而成为出色的载体材料[[14], [15], [16]]。这些属性使其非常适合HER应用，有助于提高催化活性和耐用性。MoO2的高导电性促进了电子的有效传输，而其稳定的结构为分散金属纳米颗粒提供了理想的环境，调整了它们的电子构型以优化氢的吸附和质子还原动力学[17]。此外，MoO2的高表面积和有利的形态促进了小而分散的金属颗粒的形成，增加了活性位的可用性和催化活性，同时防止了颗粒聚集[18]。此外，MoO2在与Pt和Ru等金属结合时积极参与催化反应，创造了协同活性位[[19], [20], [21], [22]]。这种协同作用提高了反应动力学，降低了过电位，并改善了整体的HER效率。例如，Pt/MoO2催化剂通过优化的电子环境和增加的活性位可及性展示了卓越的性能[23]。
利用金属-载体效应，Qiu等人通过在MoO2的氧空位（Ovac）中锚定Pt单原子（Pt SAs）开发了一种先进的HER电催化剂[24]。他们的实验数据和理论分析表明，Ovac固定了Pt SAs，同时修改了活性位的电子构型，从而在广泛的pH范围内提升了Pt SAs/MoO2的HER性能。具体来说，优化后的Pt SAs(1.1 wt%)-MoO2催化剂在酸性介质中表现出卓越的活性，在?10 mA cm?2时具有9.3 mV的过电位。值得注意的是，该催化剂的质量活性是传统20 wt% Pt/C的28倍。这种提升源于原子级分散的Pt与MoO2基底之间的协同作用，优化了氢的吸附能量。在另一项研究中，Li等人设计了掺Ru的MoO2?x纳米片（Ru/MoO2?x），以同时克服HER催化中的两个关键限制：原始MoO2的固有活性低和Ru位点的弱水吸附/解离能力[25]。综合分析表明，Ru纳米簇促进了MoO3向MoO2的转化，诱导了Ovac的形成，并生成了Ru–O–Mo界面。电催化性能的提升归因于Ru纳米簇和Ru–O–Mo配位的协同贡献。值得注意的是，在碱性条件下，合成的Ru/MoO2?x催化剂在?10 mA cm?2时达到了29 mV的过电位。因此，在HER电催化剂中利用MoO2强调了其在推进高效稳定氢生产技术中的关键作用。通过精心设计金属-载体相互作用并利用MoO2的电子和几何优势，可以设计出满足日益增长的可持续能源解决方案需求的电催化剂。
PEMWE在绿色氢生产中发挥了关键作用，具有高效率和快速的动态响应能力[26]。目前商业化的PEMWE阴极主要依赖于基于Pt的催化剂，这些催化剂支撑在碳材料上，但它们存在高Pt负载量、由于碳腐蚀而导致的长期稳定性差以及在工业电流密度下活性不佳等局限性[27,28]。因此，开发具有更高Pt利用率、优异HER动力学和在PEMWE操作条件下强稳定性的阴极催化剂至关重要。在这种情况下，载体材料对于应对这些挑战至关重要，因为它们可以稳定Pt纳米颗粒并调节其电子结构以优化氢的吸附/脱附。MoO2是一种有前途的载体材料，因为它具有出色的电导率、在低pH条件下的化学稳定性以及与金属基底的强相互作用，所有这些都有助于提升HER活性并减少Pt的使用量。这些优势使得MoO2支撑的Pt催化剂成为推进实际工业应用中PEMWE性能的潜在候选者。之前关于基于MoO2的催化剂的研究已经取得了一些进展，但也面临一些限制：制备依赖于复杂的缺陷工程或高能量处理（不利于大规模生产）；相对较高的Pt负载量（导致成本较高）；评估主要在半电池系统中进行（缺乏完整的PEMWE验证）；以及在工业电流密度（例如1 A cm?22/Mo异质催化剂。通过循环伏安法，Pt被精确沉积在预煅烧的Mo网支撑的MoO2上，实现了均匀的Pt分散，无需复杂的预处理，同时确保了活性并提高了Pt的利用率。自支撑结构使Pt-MoO2直接在Mo网上生长；Mo网保证了机械稳定性，而MoO2的层状3D纳米片扩大了比表面积，促进了电解质的扩散并暴露了更多的活性位。
在这里，使用电沉积方法成功制备了支撑在Mo网上的Pt-MoO2异质催化剂。该技术允许将Pt精确沉积在MoO2上，形成均匀的催化剂层，从而提高了HER性能。优化沉积参数改善了Pt与MoO2之间的相互作用，带来了更优异的电催化性能。Mo网载体提供了出色的导电性和结构稳定性，这对于保持催化剂完整性至关重要。该催化剂表现出优异的HER活性、良好的动力学和良好的耐用性，并且在作为PEMWE阴极的应用中也显示出巨大的潜力。这项研究有望为设计高效的氢生产电催化剂提供新的策略。
