氢能是未来碳中和社会的重要绿色能源，电分解水（Water electrolysis, WE）被认为是制取高纯氢气的优选低碳方式。开发非贵金属基pH稳健的电催化剂是多场景高效低廉制氢的关键选择和必然要求。电子尺度优化是合理设计先进非贵金属催化剂的基本思路。众所周知，相对于费米能级的ε_d和ε_p可以很好地反映HER/OER过程中中间产物的吸附能和活化能垒。目前，3d-金属位点的ε_d水平被广泛认为是HER和OER的有效描述符。然而，在一些体系中，金属位点并不是实际的活性催化中心，非金属位点的ε_p应该与ε_d一起被重新考虑。因此，针对d/p带中心的协同调控将成为高效稳定的WE催化剂的新型设计思路。

近日，西安交通大学材料学院戴正飞特聘研究员与南京航空航天大学彭生杰教授针对上述问题开展合作研究，设计并构建了一种全过渡金属基3D CoBO_x/NiSe非晶-晶态异质结构作为电催化平台进行性能和机制研究。非晶-晶态界面耦合产生的限域作用使得Co-Co配位键缩短和B活性位点离域，调节了表面原子的d/p带中心及其邻近性Δε_d-p，从而平衡了活性位点与HER/OER催化中间体的相互作用。在不同的电解质中，3D CoBO_x/NiSe异质结构表现出高效和pH稳健的电催化活性和稳定性。特别地，对于HER，异质结构显示超越铂碳的性能，在1 M KOH中，超低的过电势为14.5 mV，并具有较小Tafel斜率（25.5 mV dec⁻¹）。对于OER，其具有229.1 mV的低过电位和超快的动力学（Tafel斜率为11.7 mV dec⁻¹），并能够达到2 A cm⁻²的工业级OER电流密度。碱性和中性电解质中，以3D CoBO_x/NiSe作为电极对能够在1.48 V和1.80 V的低驱动电压下稳定产生10 mA cm⁻²的电流密度，超越了许多已报道的非贵金属基催化剂。这项研究开辟了d-p带中心协同调控的新方法，为设计低成本、高效率、pH稳健的全分解水电催化剂提供思路。

该研究成果以《非晶-晶态界面耦合增强d/p带中心邻近度及其增强的宽pH范围电解水特性》（Enhancing the d/p-Band Center Proximity with Amorphous-Crystalline Interface Coupling for Boosted pH-Robust Water Electrolysis）为题发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文第一作者单位和第一通讯单位，戴正飞研究员、彭生杰教授、Sakthivel助理教授为论文共同通讯作者，西安交大材料学院博士生刘耀达为论文的第一作者。研究工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金等项目的资助，并得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202203797