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来源：能源学报收集编辑：能源学报
近日，尹诗斌教授团队成果以“Coupling Interface Engineering With Electronic Interaction Toward High-Efficiency H2 Evolution in pH-Universal Electrolytes”为题发表在Journal of Energy Chemistry（DOI: 10.1016/j.jechem.2023.01.060）。氢能具有能量密度高、无二氧化碳排放等优点，被认为是传统化石燃料的理想替代品。电解水制氢需要高性能的催化剂来加速阴极的析氢反应（HER），特别是全pH条件下。Pt被认为是理想的HER催化材料，但其存在水解离能力弱和Pt-Had键强度大等问题，导致了缓慢的Volmer反应步骤和较差的氢脱附能力。研究人员采用双金属策略（PtCo、PtNi等）调节Pt表面的电子结构来解决这个问题。但是，双金属策略在降低水解离能、增加氢中间体及促进OHad转移速率等方面仍然存在局限性，因此，如何提高Pt基催化材料在全pH条件下的HER本征活性仍然是一个挑战。基于此，我们将异质结、CeO2和W杂原子掺杂等优点结合，通过水热法制备了W掺杂的PtCo@CeO2（PtCoW@CeO2）异质结催化剂。密度泛函理论（DFT）计算表明，PtCoW和CeO2之间的异质结和W杂原子掺杂的双重策略可以诱导Pt的电子重新分布，调节Pt的d能带中心，从而加速水解离并优化Pt-Had键强度，加快HER动力学过程。同时，CeO2的溢流效应促进OHad转移和Pt/Co活性位点的再生，减轻Pt/Co-OHad的中毒作用，为H2O和H2的再吸附提供更多的活性位点。电化学测试表明，PtCoW@CeO2在全pH范围内均表现出较高的HER活性。在10 mA cm-2的电流密度下，其在碱性、中性及酸性电解质中的过电位分别是26 mV、25 mV和23 mV，活性优于大部分已报道的Pt基贵金属催化剂。此外，CeO2和W-杂原子掺杂具有出色的抗腐蚀能力，PtCoW@CeO2可以在碱性、中性和酸性电解质中循环工作50,000次，催化剂的形貌和组分变化几乎可以忽略不计。因此，这项工作为设计和制备全pH条件下工作的高HER性能Pt基催化剂开辟了一条新途径。图1. (a) PtCoW@CeO2的水解离路径; (b, c) 所有催化剂的水解离和H的吉布斯自由能ΔGH*; (d) PDOS图; (e) PtCoW@CeO2的差分电荷示意图, 绿色/棕色区域代表负电荷/正电荷, 等值面值为0.0027 e−/Å−3.图2. (a-c) 各样品的LSV曲线; (d) PtCoW@CeO2在−10 mA cm−2的电势与其他工作的比较; (e-g) Tafel斜率; (h-j) PtCoW@CeO2 CV循环后的LSV曲线和CP曲线.该研究成果以广西大学为通讯单位，尹诗斌教授为通讯作者。2019级博士陈金丽为论文第一作者。该论文得到国家自然科学基金，广西高校卓越学者与创新团队，广西研究生教育创新计划项目、广西电化学能源材料重点实验室的资助和支持。