双功能催化剂需要同时满足HER和OER的催化活性和耐久性。在PEM电解中,用于HER的Pt/C和用于OER的RuO
2/IrO
2并未表现出同时催化这两种反应的能力,然而过渡金属基催化剂则显示出了这种特性。阳极和阴极可以使用相同的材料组合,这不仅有可能降低电解槽的制造成本,还可以简化系统。近年来,Ni基和Co基材料的双功能性得到了全面研究。在这些材料中,NiFe和NiCo基合金、硫化物、磷化物、氧化物和杂化物等在弱碱性条件下表现出低过电位、低Tafel斜率以及良好的HER和OER稳定性。然而,这些催化剂的HER动力学特性仍然低于Pt/C,而一些催化剂显示出比IrO
2/RuO
2更好的OER动力学特性。综上,使用过渡金属基的双功能催化剂在AEMWE中表现出了良好的性能,具有研究潜力。CAO等
[62]煅烧制备的NiFe
2O
4@N/rGO的双功能催化剂在1 mol/L KOH中表现出良好的OER动力学性能,在20 mA/cm
2时的过电势为252 mV,其中N/rGO更高的电导率、比表面积以及氧空位中的缺陷使其OER催化性能高于IrO
2;对于HER,过电势高于Pt/C,在10 mA/cm
2时约为157 mV。用作AEMWE的双功能电极时,在10 mA/cm
2和20 mA/cm
2电流密度下分别显示出1.60 V和1.67 V的低电池电压。PAN等
[63]将磷化法制备的NiCoP@FeP双功能催化剂用于AEMWE中,在1 mol/L KOH电解质、10 mA/cm
2电流密度下,过电势低至1.58 V。LEE等
[64]通过水热、热还原、阳极氧化和磷化成功合成了直接在泡沫镍上生长的核壳结构镍钴合金-镍钴磷化物NiCo@NiCoP/NF纳米棒,将其用作电解槽的双功能催化剂,在10 mA/cm
2的电流密度下,过电势低至1.58 V,并显示出超过100 h的电化学耐久性。