近日，学院李义兵教授团队在国际著名期刊《Nano Letters》发表高水平学术论文。团队通过在碳纳米管载体上精确构筑NiPt/Ni异质结桥位，制备出一种高活性且稳定性的NiPt/Ni析氢电极，用于酸性PEM水电解制氢体系中。这一成果为解决酸性条件下析氢反应动力学受限与贵金属用量高的问题提供了策略，有望推动高性能、低铂用量的规模化PEM电解水制氢技术发展。
学校电气工程学院戴朝华副教授及温州大学谭歆教授为论文共同通讯作者。论文第一作者为在读博士生李珊和岳锋博士。《Nano Letters》为美国化学会旗下著名学术期刊，聚焦于纳米科学与纳米技术领域原创性理论和实践研究。
高效电解水制氢电极表面的反应机理
本研究设计了一种NiPt/Ni异质结构催化剂，通过调控Pt/Ni比例工程化异质界面，实现了对Ni位点d轨道电子结构和自旋态的协同优化。创新性地利用X射线吸收光谱和电子顺磁共振证实了Pt含量调控可诱导Ni中心从低自旋态向高自旋态转变，同时Pt-Pt键增强而Pt-Ni配位呈现火山型趋势，在中等Pt含量时形成最优合金化结构。该结构显著平衡了H*中间体的吸附/解吸行为和质子传输过程，这一点通过原位电化学阻抗谱和拉曼光谱以及密度泛函理论与从头算分子动力学模拟得到验证-模拟表明优化后的结构导致d带中心下移并破坏界面水网络。所制备的NiPt/Ni催化剂在酸性析氢反应中表现出卓越性能，仅需9.8 mV过电位即可达到-10 mA cm⁻²，并在PEM电解池中于1.75 V电压下实现工业级1.0 A cm⁻²的制氢电流密度。该研究不仅提供了一种通过精确设计异质桥位点协同调控电子结构以增强析氢活性的策略，也为开发下一代工业级别PEM电解水制氢技术指明了新方向。该研究以“Tailoring the effects of spin state and intermediate hydrogen adsorption on NiPt/Ni bridge sites towards robust acidic water electrolysis”的研究论文为题发表于《Nano Letters》上。（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c04035）。
