氢气 (H₂) 因其高能量密度和环境友好性而成为最有希望替代化石燃料的可再生能源。目前，工业上H₂的生产主要通过蒸汽甲烷转化和煤气化，因此导致碳排放量大幅增加。碱性水分解是一种绿色且有吸引力的可扩展氢气供应技术。然而目前，水裂解制氢与工业制氢相比在经济上还相差很远，主要原因是电力成本高，电极耐久性差等。特别是在超高电流密度（≥1 A cm^-2），电极必须尽可能降低过电势以降低电力成本，同时在超高电流密度下的电化学过程中还要保持长期的微观结构和机械稳定性。众所周知，Pt基催化剂是析氢反应 (HER) 的基准电催化剂，但因其成本过高导致大规模工业应用成为阻碍。HER电催化剂的研究方向可以分为两个。方向一是尽可能研发低Pt含量并提高HER质量活性的Pt基催化剂。另一个方向是，开发高效非贵金属催化剂以降低过电位和提高稳定性。在过去的几年中，研究学者们提出很多有关HER催化剂性能提高的方法，例如：缺陷工程，形态结构工程，异质结工程，相位工程以及单原子工程等。因此，如何实现全面工业化电化学水分解制氢是目前科研界最热门的研究之一。

1. Adv. Funct. Mater.：致密铂/镍氧化物异质界面实现安培级高效稳定析氢

基于泡沫镍（NF）表面的原始氧化层和凸起结构，澳门大学Kwun Nam Hui教授、湯子康教授联合南京工业大学邵宗平教授、英国东英吉利大学Kwan San Hui教授等人开发了一种由致密Pt NPs固定的富含氧空位的NiO_x异质结（Pt/NiO_x-O_V）组成的三维准平行结构作为碱性HER催化剂。实验和理论结合表明，将Pt NPs锚定在NiO_x-O_V上会导致态密度（DOS）分布改变的富电子Pt物种，这可以有效地优化d带中心和反应中间体的吸附，并增强水的解离能力。所制备的催化剂表现出卓越的HER性能，在10 mA cm^-2下具有19.4 mV的低过电位，质量活性比20%Pt/C高16.3倍，在1 A cm^-2中具有超过100 h的长期耐久性。此外，与NiFe层状双氢氧化物相结合的组装式碱性电解槽只需要1.776 V的极低电压就能达到1 A cm^-2，并且可以稳定运行400小时以上，这是极少实现的。相关研究成果以“Dense Platinum/Nickel Oxide Heterointerfaces with Abundant Oxygen Vacancies Enable Ampere-Level Current Density Ultrastable Hydrogen Evolution in Alkaline”为题发表在国际知名期刊Adv. Funct. Mater.上。

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2. AEnM：焊接在泡沫镍上的位错网络增强的PtNi纳米催化剂用于在超高电流密度下高效和持久的析氢反应

近日，天津大学杨静、董存库和北京理工大学刘战伟以及布鲁克海文国家实验室赵雪茹等证明了通过采用经由工业激光焊接机在液氮中激光直写的合成方法（MLDW-LN），获得了牢固焊接在泡沫镍（NF）上的大面积低铂含量的具有位错网络的PtNi纳米催化电极。位错引起的拉压应变的耦合降低了PtNi合金表面H₂O裂解的势垒，同时减弱了对H⁺的吸附提升了碱性HER反应的催化活性。此外，PtNi单晶纳米颗粒中高密度位错线形成的位错网络，抑制了位错线运动，提高位错结构稳定性，使得其在超高电流密度下仍能保持高活性。在碱性介质中，PtNi/NF催化电极在10和1000 mA cm^-2下实现了创纪录低的HER过电位-5和63 mV，在1 A cm^-2下进行300 h计时电流测试后，活性衰减可以忽略不计。PtNi/NF催化电极表现出比20 wt% Pt/C高16倍的高Pt质量活性，超过了最近报道的大多数高效Pt基催化剂。

相关研究文章以“Dislocation Network-Boosted PtNi Nanocatalysts Welded on Nickel Foam for Efficient and Durable Hydrogen Evolution at Ultrahigh Current Densities”为题发表在Advanced Energy Materials上。

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3. Advanced Materials：自适应诱导的金属–载体相互作用在钌位点上的碱性析氢反应

韩国蔚山国立科学技术研究所Jong-Beom Baek联合高丽大学Sang Kyu Kwak团队报告钌（Ru）纳米颗粒可以通过电子金属-载体相互作用自适应到Fe₃O₄和碳载体（Ru-Fe₃O₄/C）中，对碱性析氢反应（HER）产生强大的催化活性。光谱证据和理论计算表明，Ru-Fe₃O₄/C中发生了电子扰动，并且电荷重新分布直接影响了催化过程中的吸附行为。通过轨道混合形成的Ru-O键改变了表面Ru位点的电荷状态，使得更多电子流向H中间体（H^*）以实现有利的吸附。Ru-O键的弱结合强度也增强了H的反键特性，使H*组分更有利地重组成H₂分子。由于这种令人满意的催化机制，Ru-Fe₃O₄/C负载纳米颗粒催化剂在碱性介质中表现出比商业Pt/C基准更好的HER活性和稳定性。相关成果以“Self-Accommodation Induced Electronic Metal–Support Interaction on Ruthenium Site for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction”发表在Advanced Materials上。

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4. 中南大学刘敏Angew :原子局部电场诱导的碱性析氢反应界面水定向

近日，中南大学刘敏教授利用IrRu双异核单原子位点（IrRu-DSACs）设计了原子不对称的局部电场，以调节H₂O的吸附构型和取向，从而优化其离解过程。这项工作为探索单原子位点在碱性析氢反应中的作用提供了一种新的途径。相关研究成果以“Atomically Local Electric Field Induced Interface Water Reorientation for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction”为题在Angewandte Chemie International Edition上发表。

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5. 复旦大学董安钢&李同涛AEM：多级结构调控解锁2H-MoS2超高电流密度下析氢活性

近日，复旦大学董安钢教授/李同涛青年研究员课题组提出了一种同步多级结构调控策略，大幅提高了2H-MoS₂的HER性能，使其有望实现在安培级电流密度下的实际应用。通过限制少层的弧形MoS₂纳米片在管状介孔石墨框架中的外延生长，可以对MoS₂在长度尺度上进行七个数量级内的调控。制备的MoS₂@C超级管得益于其从原子尺度到显微尺度上的独特结构特征，具有丰富的边缘位点的硫空位，能够促进电荷及质量传递，有利于气泡的快速移除。该MoS₂@C在高电流密度下的HER活性超过以往报道的2H-MoS₂催化剂以及商业化的Pt/C催化剂。该研究成果以“Unlocking the Ultrahigh-Current-Density Hydrogen Evolution on 2H-MoS₂via Simultaneous Structural Control across Seven Orders of Magnitude”为题发表在知名期刊Advanced Energy Materials上。

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6. Small：非金属异质结构提高酸性析氢反应

近日，希腊理论和物理化学研究所 Nikos Tagmatarchis团队成功将碳点（CDs）原位生长在碳纳米角（CNHs）上实现全碳非金属之间的异质界面作用（CDs/CNHs nanoensemble）。CDs/CNHs nanoensemble表现出对HER的高催化活性。相关的研究成果以“Carbon Dots Strongly Immobilized onto Carbon Nanohorns as Non-Metal Heterostructure with High Electrocatalytic Activity towards Protons Reduction in Hydrogen Evolution Reaction”为题发表在Small上。

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7. ACS Sustain. Chem. Eng:原子级精确的镍纳米团簇用于提高析氢反应性能

近日，印度纳米科学技术研究所Amitava Patra团队通过在二维MoSe₂纳米片(NSs)上设计了水溶性原子级精确的Ni纳米团簇(NCs)，MoSe₂和Ni NC之间的强界面相互作用提高HER的催化性能。相关的研究成果以“Atomically Precise Ni Nanoclusters for Improving Hydrogen Evolution Reaction Performance”为题发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering上。

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8. Advanced Functional Materials： 新发现！调控MOS2三元异质结构增强析氢催化反应！

二维过渡金属二硫化物（2D-TMD）从半导体（2H）到金属（1T，1T'）相的相变过程为析氢催化的迭代提供了方向性。到目前为止，相工程方法得到了深入探索，作为在能量存储和催化领域发现用于电子和电极设备的低成本新型纳米材料的实用工具。然而，2H/1T、2H/1T'或1T/1T'之间的异质结构在电催化过程中作为关键活性位点发挥作用而被忽视。此项研究报告了一种简单的碳掺杂范例，能够增强MoS₂相变，以及密度泛函理论计算和解释相变的反直觉方向性的基本原理。实验和模拟结果表明，碳作为间隙原子的存在比取代原子更有利于相变的发生，2H和1T或1T'之间的异质界面更有利于电荷转移。正如预期，三元异质结构纳米薄膜在微电化学测量和常规电解电池中均显示出优异的电催化活性。该结果为2D-TMDs相变机制提供了新的见解，并为可扩展生产的三元异质结构电催化剂提供了指导。

青岛理工大学、西安交通大学和韩国首尔大学共同完成，通讯作者为Jin Wang、Zhongxiao Song和Ho Won Jang。相关研究工作以“Modulating Trinary-Heterostructure of MoS₂via Controllably Carbon Doping for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction”为题刊登在功能材料顶刊Advanced Functional Materials上。

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