堿性氫析出這個反應(yīng)可以用于多種產(chǎn)氫的反應(yīng)器，對于產(chǎn)生清潔氫至關(guān)重要。這個反應(yīng)最大的問題是有一個水裂解步驟，導(dǎo)致反應(yīng)動力學(xué)緩慢。近日，澳大利亞阿德萊德大學(xué)的焦研副教授和鄭堯副教授撰寫了文章，對過去的提升堿性氫演化反應(yīng)策略進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上、高亮了一篇最新的相關(guān)研究文章（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300873）。
在過去，針對提升堿性氫析出反應(yīng)提出了很多策略。如上圖所示，這些策略主要關(guān)注調(diào)整反應(yīng)中間體的吸附性能，例如（1）增強(qiáng)水分子的吸附、以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移和增進(jìn)水分解動力學(xué)，（2）調(diào)整氫分子的吸附強(qiáng)度，（3）增強(qiáng)氫氧根離子的吸附。另一策略（4）直接將目標(biāo)對準(zhǔn)降低水分子分解的難度，常通過增強(qiáng)氫分子和氫氧根離子的共吸附來實(shí)現(xiàn)。 盡管通過這些以調(diào)節(jié)表面吸附強(qiáng)度為核心的傳統(tǒng)策略，堿性水裂解的性能得到了很大的提升，但是沒太有針對這個問題提出新思路的研究。這篇被高亮的研究文章提出了一種全新的策略來增強(qiáng)堿性氫析出的性能，也就是調(diào)整在電極-電解液界面的水分子結(jié)構(gòu)。 如上圖所示，這種新方法是在一磷化鈷中摻雜兩種單原子金屬（銥和釕），形成了銥釕雙原子位點(diǎn)催化劑（IrRu DSAC）。計(jì)算模擬顯示這種雙位點(diǎn)催化劑增強(qiáng)了局部電荷密度和電場強(qiáng)度，從而影響了電極-電解液界面的水分子網(wǎng)絡(luò)。這種局部電場強(qiáng)度的變化使得水分子更接近電極表面，有助于水分子的分解，從而大大提高了整個堿性HER的效率。 文章作者隨后精確合成了這種雙原子位點(diǎn)催化劑樣品，并進(jìn)行了一系列的電化學(xué)原位光譜研究。相關(guān)結(jié)果顯示和未修飾的催化劑相比，在雙原子位點(diǎn)催化劑表面上形成了一種新的水構(gòu)型。這種新的構(gòu)型是水團(tuán)簇包裹的質(zhì)子，這種水構(gòu)型在雙原子位點(diǎn)催化劑的表面形成了微酸的環(huán)境，更有利于氫析出反應(yīng)。 文章作者隨后在三電極和膜電極的反應(yīng)器上深入驗(yàn)證了這種新策略的有效性。文章作者發(fā)現(xiàn)這種材料工程策略可以提供更好的堿性氫析出活性和三百個小時的穩(wěn)定性。這一突破性研究提供了增進(jìn)堿性氫析出性能的全新方法，并為開發(fā)出更高效的電催化劑材料打開了思路。 論文信息 Boosting Alkaline Hydrogen Evolution Reaction through Water Structure Manipulation Assoc.?Prof. Yan Jiao, Assoc.?Prof. Yao Zheng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202307303
