氢能源作为一种新型能源，具有来源多样、清洁低碳、灵活高效的特点，能够帮助可再生能源大规模消纳，随着‘双碳’战略目标的提出，各项政策对于碳中和的引导和布局力度不断加大，氢能源的开发、利用将进入实质性发展阶段。

电解水制氢技术能够与可再生能源电力兼容，可以在室温下获取高纯度的绿氢，将电网设施无法完全吸纳的多余电力转化为化学能源。但过高的额外能耗和高成本的电力直接阻碍了电解水制氢规模化应用的普及和推广。因此，设计合成高效、低廉和稳定的电解水催化剂是降低能耗、推动绿氢生产的关键。

与介孔/微孔结构相比，大孔结构的孔道具有较高的反应物/生成物转移速率，中空的内部空间通常意味着较大的活性面积，这便于电解质向催化剂内部的渗透和扩散，降低内部界面阻力。大多数报道的三维有序大孔材料是在平面衬底上模板制备的，只暴露有限数量的活性位点研究者模板法，研究者们以聚苯乙烯为模板，将其铺设到泡沫镍基体上，随后通过电沉积-低温磷化的方法构筑了三维蜂窝电极（图1）。然而，这些方法合成步骤繁琐，不仅增加了生产成本，而且影响了碳材料电极的实际应用。

图1 蜂窝状电极制备示意图

近年来，等离子体技术作为一种创新的合成和改性手段，被应用于制备电催化剂的制备。等离子体中的高能活性物质，使得很多苛刻条件下难以发生的反应得以在相对温和的条件下快速进行，并且在催化剂表面引入离子缺陷、氧空位和掺杂异原子，精确可控的工艺参数能够对催化剂的结构和组分加以有效调制。

研究者采用低温O₂等离子体技术对Fe-CoP表面进行重构，在高活性能物质（包括O、O²⁺和e^-）的轰击下以超快的方式形成非晶态CoO_x层。通过扫描电子显微镜（SEM）对CoO_x/Fe-CoP的形貌结构进行了表征（图2）。从SEM图可以观察到，在O₂等离子体辐照下，CoO_x/Fe-CoP发生了轻微的扭曲，随着处理时间的延长，纳米线的形态逐渐变得扭曲和缠绕，表面也变得更加粗糙，这表明CoO_x/Fe-CoP的形貌和结构可以通过改变等离子体处理时间来实现精确控制。值得注意的是，当处理时间延长至300 s时，等离子体长时间的辐照破坏了纳米线的连续结构，甚至将其轰击成短棒或纳米颗粒，因此，过度的处理会对完整的纳米线结构造成损坏。

图2（a）Fe-CoP 的SEM图，（b和c）CoO_x/Fe-CoP 的SEM图，不同等离子体处理时间下的SEM 

图像：（d）60 s、（e）180 s和（f）300 s

通过发射光谱仪（OES）揭示了匀质界面的形成机制。图3a是OES测试的示意图，对不同O₂等离子体功率下的光谱图进行了采集，图3b-e展示了不同功率下的O₂等离子体OES图。777和844 nm处的两条O原子谱线的分别来源于O₂的电离，后者则是由和O的直接激发产生的。由于低温等离子体技术处理的深度有限，因此纳米线的表层被完全氧化，而内层仍保持原相。值得注意的是，随着等离子体功率的增加，在OES光谱中可以观察到更多的氧自由基，丰富的氧自由基对CoO_x层的快速形成至关重要，这可以直接通过HRTEM观察到。如图3f-i所示，随着O₂等离子体辐照时间从60 s增加到420 s，Fe-CoP核表面的CoO_x层逐渐变厚，这直接证实了CoO_x层的形成可归因于等离子体高能量密度下的氧自由基和高能电子。这一发现表明，通过调整O₂等离子体的辐照时间和功率可以精确调控重构程度。

图3（a）OES测试示意图，（b-e）不同功率下O₂等离子体的OES图，在不同等离子体辐照时间下纳米线的HRTEM 

图像：（f）60 s、（g）180 s、（h）300 s 和（i）420s

通过以上研究发现，重构程度随着制备处理时间的增加，其匀质区域的厚度也在增大。但是，过长的处理时间会使纳米线结构造成损坏。通过优化条件，选择合适的处理时间对催化剂的性能至关重要。以上研究成果为快速制备可控异质结构催化剂提供了新的方式和理论指导。

撰稿：孙成伟

核稿：徐欢