近日，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張佳楠教授帶領(lǐng)的先進(jìn)能源催化功能材料課題組與臺灣淡江大學(xué)董崇禮教授課題組聯(lián)合在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》發(fā)表題為 “Boron-tethering and regulative electronic states around iridium species for hydrogen evolution” 的原創(chuàng)性研究論文。張佳楠教授和董崇禮教授為論文共同通訊作者，博士研究生薛冬萍和碩士生程俊淇為論文第一作者，鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文第一作者單位和通訊單位。

氫能以其清潔高效的特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代清潔能源。目前，全球95%以上的氫氣來自于工業(yè)上對各種碳?xì)浠衔锏闹卣^程，這種方式獲取的氫氣中不可避免會混合其他雜質(zhì)，粗氫的提純大大增加了氫的應(yīng)用成本。一種有效的途徑為電水解制氫，然而，高純氫的獲取方式均伴隨著巨大的能耗和成本，目前高純氫的價(jià)格可達(dá)13US$kg-1。高效電化學(xué)產(chǎn)氫催化劑是實(shí)現(xiàn)低成本制氫的關(guān)鍵，在氫析出反應(yīng)（HER）中具有低過電位和快速動力學(xué)的貴金屬催化劑被商業(yè)化認(rèn)可，但如何降低貴金屬用量，提高單位質(zhì)量活性，是實(shí)現(xiàn)電化學(xué)制氫大規(guī)模推廣的關(guān)鍵技術(shù)之一。

研究團(tuán)隊(duì)以硼(B)摻雜碳為載體，通過電子供體硼(B)對銥 (Ir) 的“原子束縛工程”以及對Ir活性中心電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，獲得高活性HER催化劑Ir@NBD-C，且Ir的用量僅占商用催化劑的1/4。Ir@NBD-C電催化 HER的比質(zhì)量活性、轉(zhuǎn)換頻率和電化學(xué)表面積分別是商用 Pt/C催化劑的 12、11、和 7 倍，優(yōu)于大多數(shù)報(bào)道的 HER 電催化劑。為了證明催化機(jī)制，我們同時(shí)對所有輕元素（N、P、S）摻雜碳對于Ir原子簇的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，通過原位光譜學(xué)表征和理論計(jì)算證明缺電子B-摻雜碳對Ir團(tuán)簇的電子結(jié)構(gòu)對氫中間體物種（H*）的吸附能與H2析出能被證明是最優(yōu)結(jié)構(gòu)。本工作為降低貴金屬制氫催化劑的成本提供了理論和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，這對于為電化學(xué)制氫的大規(guī)模推廣具有積極意義。

該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金、河南省科技創(chuàng)新人才人才支持計(jì)劃、中原青年拔尖人才等支持。

全文連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202113191