高效且稳定的析氢反应（HER）电催化剂对于阴离子交换膜电解水制氢（AEM-WE）的应用至关重要。然而，在大电流密度下，大量产生的氢气（H₂）气泡会导致催化剂内部的局部应力分布不均，冲击电极界面，使得催化剂层脱落，从而降低器件的稳定性。开发高效、稳定的非贵金属阴极催化剂仍是目前的难点。

近期，西湖大学理学院、人工光合作用与太阳能燃料中心孙立成实验室在阴极催化剂取得系列进展，先后在Nature Comunications和Advanced Materials发表两项重要研究成果，不仅为非贵金属HER催化剂的设计提供了新的思路，还为实现高效、稳定的绿色氢气生产奠定了基础。

西湖大学博士生董桉瑞、孙立成实验室助理研究员林高鑫分别为上述两篇文章的第一作者，中国科学院院士、西湖大学化学讲席教授、西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心主任孙立成为文章通讯作者。

在本研究中，团队首先开发了一种两步制备法，通过构建致密的MoO₂过渡层，将尖刀状的催化剂层（Ni/MoO₂）牢固地粘附在镍泡沫基底上，形成一种高度稳定的电极材料（CAPist-H1）。致密的过渡层就像胶水一样，可以固定催化剂层，并防止气泡在基底与催化剂层之间的异质结构界面上产生直接冲击。尖刀状的多孔催化剂层有助于气泡的脱离，防止在安培级电流密度下因气泡生成导致的过电位波动和压力冲击。

因此，CAPist-H1在1000 mA cm^-2的电流密度下，表现出优异的析氢活性和超过6000小时的长期稳定性。利用CAPist-H1组装的AEM-WE电解池在大电流密度下，能够稳定运行1000小时，且衰退率极低，仅为3.96 µV h^-1。

为使催化剂满足实际大规模制备的需求，该研究团队进一步发展了低成本的浸泡法，合成了一种过渡层锚定的异质结构（NiMo/MoO₂）电催化剂（CAPist-H3）。该方法无需传统高温高压的水热工艺（≥120℃），在80℃、常压下即可实现大面积电极材料的批量化制备。

在经过5000小时大电流催化水分解制氢测试之后，CAPist-H3仍然保持原有的形貌，没有明显的催化剂脱落。基于CAPist-H3的无贵金属AEM-WE电解池，在1000 mA cm⁻²电流密度下的电池电压仅为1.78 V（显著低于贵金属Pt/C催化电解池的1.94 V），器件能够稳定运行3000小时而无明显衰减。

相关研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及西湖大学未来产业研究中心的支持。