氢能作为一种清洁能源备受关注，我校质料科學與工程學院2023级质料工程专业硕士研究生严子心，在导师指导下通过将PtPd合金纳米团簇锚定在CeO2外貌，乐成实现了短程氢溢流，显著降低了酸性HER的反映能垒，为高效酸性HER催化剂的设计提供了新思路。近日，这一结果在质料领域权威期刊Angewandte Chemie-International Edition（IF=16.1）上发表，严子心为論文第一作者。
PtPd/CeO2短程氫溢路徑示意圖
析氫反應（HER）是水電解制氫的關鍵步驟，而開發高效、穩定的HER催化劑是實現氫能大規模應用的焦点挑戰之一。氫原子從高活性金屬位點（如鉑、钯）遷移到相鄰載體外貌或低活性位點的氫溢流現象，被認爲是提升HER效率的重要機制，但其在酸性環境中的應用仍面臨諸多難題。CeO2因其可逆的Ce4+/Ce3+氧化還原對和豐富的氧空位能夠促進電子轉移並作爲“電子泵”調節電荷漫衍，成爲電催化過程中的理想載體。PtPd合金不僅能夠調節電子結構，優化氫吸附能，還能減少Pt的使用量，降低成本而不犧牲催化效率，因此在誘導氫溢流方面備受關注。但PtPd合金通常表現出較強的氫吸附，導致較高的HER過電位。
該研究將PtPd合金納米團簇錨定在CeO2外貌，探索了其在酸性環境中的HER性能。研究發現，在析氫過程中發生了氫溢流現象。PtPd合金優化了催化劑的電荷漫衍，放大了氫溢流效應。值得注意的是，氫溢流並非從PtPd到CeO2，而是從PtPd到界面。這種短程溢流降低了氫遷移的能壘，提高了反應活性。在酸性條件下，PtPd/CeO2体现出极低的过电位（10 mA cm-2时为5.7 mV，100 mA cm-2时为32.5 mV），并展现出优异的催化稳定性（在100 mA cm-2下穩定運行至少400小時）。這項研究爲設計高效酸性HER催化劑提供了重要啓示，通過短程氫溢流機制，PtPd/CeO2催化劑在酸性環境中表現出卓越的性能，爲氫能的大規模應用奠基了基礎。
质料科學與工程學院自2023年9月迎来首批硕士研究生以来，强化科教融合，注重学生学术素养与职业能力同步提升。研究生围绕新能源、新质料领域的社会经济需求课题开展学术训练，形成了一批科研结果，该项研究是其中的优秀代表。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202501964
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