近日，昆明理工大学材料科学与工程学院易健宏、陈江照、王劲松团队在贵金属电解水制氢研究方面取得进展，相关研究成果以“Synergistic Manipulating Electron Buffer and Hydrogen Spillover of Pt Catalysts for Ampere-Level Efficient and Durable Hydrogen Evolution”为题发表在《Advanced Energy Materials》期刊上。

氢气因其极高的能量密度而被视为引导向可持续能源范式过渡以及实现2060年碳中和使命的关键能源载体。由可再生电力驱动的电化学水分解脱颖而出，成为大规模氢气生产最有前景的方法之一。目前，Pt基催化剂因其适宜的氢吸附吉布斯自由能（ΔGH）而被誉为HER的圣杯。然而，高昂的成本和稀缺性制约着其大规模工业应用。同时，Pt中几乎填满的5d轨道与水分子的分子轨道之间存在强烈的泡利排斥，这显著阻碍了碱性介质中Pt-H*键的形成，导致其HER性能比在酸性条件下低2-3个数量级。因此，开发具有快速水解性能、优异耐久性和低用量的Pt基催化剂仍然是电解水领域非常重要的研究课题。

近期，负载于各种载体上的Pt单原子和原子团簇被视为提高Pt利用率的有效策略，这些载体可作为水解离促进剂，通过优化ΔGH值和降低的水解离势垒，协同加速碱性HER中基元步骤的动力学。在过去几年中，Pt基碱性HER的活性记录不断被刷新，但在高电流下Pt的团聚和溶解，以及高*H覆盖导致的动力学缓慢问题仍然亟待解决，实现低Pt含量的HER电催化剂在安培级电流密度下的高活性和耐久性仍然具有挑战性。基于此，研究通过化学刻蚀方法开发了NiPtδ+/Pt-NiO异质结构。活性材料原位生长并紧密粘附在三维泡沫镍骨架上，NiPtδ+/Pt-NiO与基底共享Ni原子连接，对于增强工业规模电流密度下的机械稳定性至关重要。同时，密度泛函理论DFT计算表明，由Pt-NiO和NiPt之间的内建电场诱导形成高价Ptδ+作为电子缓冲，可接收*H转移的电子，维持HER过程中Pt-Pt键键序。此外，高价Ptδ+减弱了*H结合能，触发氢溢流加速*H转移，并且将Pt-NiO整合到NiPtδ+/Pt-NiO异质结构中重新定向了氢键网络，增强了水解离动力学。因此，NiPtδ+/Pt-NiO催化剂在10和1000 mA cm−2下分别表现出5.5和191 mV的超低过电位，以及12.55 A mgPt−1（@70mV）的高质量活性，是商业Pt/C催化剂的69.3倍。更重要的是，NiPtδ+/Pt-NiO在1000 mA cm−2下实现1000小时的超长稳定性。

团队成员李智敏为论文第一作者，易健宏、陈江照、王劲松为论文共同通讯作者。 该研究工作得到国家自然科学基金、云南省科学技术厅优先青年基金和面上项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/aenm.70959

（供稿：材料科学与工程学院）