通过直接水热法在镍泡沫（NF）上制备了一种无粘合剂的Ni0.95Se基电极，其中镍泡沫同时作为Ni源和导电基底。全面的表征证实形成了具有均匀Ni/Se分布的结晶Ni0.95Se纳米结构。在1 M KOH电解液中进行的电化学评估显示，该电极具有出色的双功能性能：过电位分别为215 mV（OER）和64 mV（HER），Tafel斜率为63 mV dec−1（OER）和88 mV dec−1（HER），电化学双层电容为5.18 mF cm−2（相比之下，镍泡沫的电容为1.89 mF cm−2）。采用两电极电解池（Ni0.95Se/NF || Ni0.95Se/NF）在1.64 V下可达到10 mA cm−2的电流密度，并且24小时内保持稳定，没有相变或形态破坏。此外，该电极在盐碱电解液中的性能也依然优异。过电位后的分析显示Ni0.95Se表面重构为NiOOH活性相，而HER过程中Ni00Se相得以保留。本研究强调了Ni0.95Se/NF作为贵金属催化剂的耐用且经济可行的替代品，为基于过渡金属硒化物的电极设计提供了新的思路，这些电极可用于可扩展的（盐碱）水分解技术。
引言
当今世界面临两大紧迫且相互关联的挑战：水资源短缺和能源安全问题[1]、[2]、[3]。人口快速增长、工业化和气候变化给淡水资源带来了前所未有的压力，使得数十亿人难以获得清洁水源。同时，由于迫切需要减少温室气体排放并摆脱对化石燃料的依赖，全球对可持续清洁能源的需求持续增长[4]、[5]。这些双重危机不仅威胁环境可持续性，还影响全球的经济发展和社会稳定。为应对这些挑战，盐碱水分解技术应运而生[6]。该技术通过将丰富的海水直接转化为氢燃料和氧气，为清洁能源生产提供了可持续的途径，同时利用了地球上最丰富的水资源[7]。与传统依赖稀缺淡水的电解技术不同，盐碱水分解技术可以利用海量的海水资源，从而在一个综合过程中同时解决水资源短缺和能源需求问题。然而，盐碱水分解技术的成功实施依赖于能够承受恶劣盐碱环境并高效催化所需电化学反应的先进材料的发展。因此，材料科学与工程领域的研发对于克服盐碱水分解技术的技术障碍（如耐腐蚀性、选择性和长期运行稳定性）至关重要[8]。特别是设计能够高效驱动氢进化反应（HER）和氧进化反应（OER）的双功能催化剂尤为重要[9]、[10]。这类催化剂不仅简化了系统架构，还提高了盐碱水分解设备的整体效率和成本效益。因此，开发性能优异的双功能材料是实现盐碱水分解技术潜力、解决全球水和能源挑战的关键[11]。长期以来，基于贵金属的催化剂（尤其是用于HER的铂（Pt）和用于OER的钌/铱氧化物（RuO2/IrO2）在电解领域占据主导地位[12]、[13]、[14]。基于铂的催化剂在10 mA cm−22和RuO2被广泛用作标准阳极催化剂，在1 M KOH电解液中过电位约为260–320 mV[16]。尽管贵金属具有优异的催化性能，但其稀缺性和高昂的成本以及稳定性问题促使人们广泛研究能够达到或超越这些性能基准的非贵金属替代品[17]。基于过渡金属的化合物（如Ni、Co、Fe合金）作为经济可行的替代品出现，它们具有可调的电子结构和耐腐蚀性[18]、[19]。虽然这些化合物的固有活性通常低于贵金属，但纳米结构和掺杂等策略可以提高其性能。例如，NiFe层状双氢氧化物（LDHs）在碱性介质中可实现较低的OER过电位。然而，它们的导电性有限且在高电位下容易氧化，这仍然是其应用中的挑战[20]。过渡金属硫属化合物（TMCs）通过改善电荷传输动力学和稳定性克服了这些限制[21]、[22]。像MoS2和Ni3S2这样的硫化物在HER和OER方面表现出良好性能，因为它们的层状结构提供了丰富的催化活性位点；然而，硫的高电负性会削弱金属-氢键，限制了HER效率[23]、[24]。基于硒（Se）的硫属化合物由于硒的电负性较低和原子尺寸较大，优化了氢吸附能并提高了导电性[26]，使其成为高效的催化剂。Se的灵活电子结构使其能够在不牺牲稳定性的前提下实现双重功能[27]。这些特性使得基于Se的催化剂成为高效、耐用的海水电解系统的关键推动者。此外，在TMCs中，基于镍的材料在能量转换和储存方面更具优势，因为它们易于获取且成本低廉[28]。例如，沉积在碳织物上的六角形镍硒化物纳米片（NiSe2/CC）表现出优异的催化活性和稳定性[27]。同时，电极表面直接生长电催化剂是催化剂设计的一个重要进展，这种方法通常利用支撑材料本身的元素。这种方法通过促进催化剂与电极之间的紧密接触，减少了接触电阻，从而提高了电化学反应过程中的电荷传输效率[21]。此外，这种直接集成创建了多条电子传输路径，使更多电子能够积极参与催化过程，从而提高了整体反应速率。此外，利用电极支撑材料中的元素可以减少催化剂前体的用量，使合成过程更加高效和经济[29]。综上所述，这些优势促进了高效、耐用且经济可行的电催化剂系统的发展，适用于水分解应用。受这些挑战和机遇的启发，本研究报道了在硒氧化物和肼的存在下，通过一步水热法将镍泡沫（NF）原位转化为Ni0.95Se/NF电极的方法。这种简单的方法能够在导电基底上直接生长出纳米结构的Ni0.95Se，确保了强界面接触和高效的电子传输。结构和电子表征证实了在NF支撑材料上成功形成了具有明确纳米结构的Ni0.95Se相。在（盐碱）碱性电解液中测试时，所得Ni0.95Se/NF电极表现出显著的双功能电催化活性，无论是作为阳极还是阴极都能高效催化HER和OER。这些结果突显了这种材料和合成策略作为下一代水分解技术的节能且超耐用替代品的潜力，特别是在具有挑战性的盐碱环境中。
