​尹诗斌J. Energy Chem.：界面工程与电子相互作用强强联手！在较宽的pH范围内实现高效析氢

氢气具有高能量密度和产物无污染的优点，被普遍认为是传统化石燃料的很有前景的替代品。电解水是一种清洁、便捷的制氢技术，但电解水需要高性能的催化剂来加速阴极的析氢反应(HER)，尤其是在较宽的pH范围内。目前，Pt基材料被认为是最先进的HER催化剂，但由于其较弱的水解离和较强的Pt-H_ad强度，大多数Pt基材料需要经历缓慢的Volmer步骤和较差的H脱附。令人难过的是，提高铂基催化剂的HER本征活性仍然是一个巨大的挑战，尤其是在较宽的pH范围内。

基于此，广西大学尹诗斌等人利用异质结构、CeO₂和W的优点设计制备了PtCoW@CeO₂异质结构催化剂，该催化剂可以加速水的解离，改善OH_ad的脱附，在较宽的pH范围内表现出高效的HER性能。

本文研究了PtCoW@CeO₂在1.0 M KOH，1.0 M磷酸盐缓冲液(PBS)，0.5 M H₂SO₄中的HER性能。PtCoW@CeO₂只需要-26 mV(1.0 M KOH)、-25 mV(1.0 M PBS)和-23 mV(0.5 M H₂SO₄)的过电位(η)就可以达到10 mA cm^-2的电流密度，这超过了PtCoW(1.0 M KOH：η_-10=-39 mV；1.0 M PBS：η_-10=-32 mV；0.5 M H₂SO_4:：η_-10=-32 mV)和PtCo@CeO₂(1.0 M KOH：η_-10=-34 mV；1.0 M PBS：η_-10=-27 mV；0.5 M H₂SO₄：η-10=-28 mV)的活性。

此外，PtCo的过电位(1.0 M KOH：η_-10=-47 mV；1.0 M PBS：η_-10=-33 mV；0.5 M H₂SO₄：η_-10=-36 mV)与PtCo@CeO₂和PtCoW相比略有增加。有趣的是，PtCoW@CeO₂比商业Pt/C表现出更好的HER活性(1.0 M KOH：η_-10=-48 mV；1.0 M PBS：η_-10=-34 mV；0.5 M H₂SO₄：η_-10=-37 mV)，在最近报道的Pt催化剂中也显示出出色的HER活性。

此外，还测试了PtCoW@CeO₂的稳定性。在1.0 M KOH(8 mV)、1.0 M PBS(12 mV)和0.5 M H₂SO₄(6 mV)溶液中，在50,000次循环测试后，PtCoW@CeO₂的电位在电流密度为-10 mA cm^-2时出现了轻微变化，远低于Pt/C(1.0 M KOH (52 mV)、1.0 M PBS(75 mV)和0.5 M H₂SO₄(44 mV))，且PtCoW@CeO₂的稳定性也优于PtCoW和PtCo@CeO₂。更增加令人惊喜的是，PtCoW@CeO₂的HER活性可以在-20 mA cm^-2的电流密度下稳定维持40小时，PtCoW@CeO₂显示出较高的HER稳定性。

密度泛函理论(DFT)计算证明，构建PtCoW@CeO₂异质结构理论上可以提供优异的HER性能。此外，DFT结果还表明CeO₂和W可以诱导Pt表面的电子重分布，加速Volmer步骤的水解离，从而提供更多的氢中间体，提高HER活性。此外，优化后的PtCoW@CeO₂异质结构的d带中心值可以促进水的吸附/解离，并调节Pt-H_ad的结合强度，从而获得最佳的ΔG_H*值，从而加快产氢。

更重要的是，由于CeO₂和W杂原子掺杂具有理想的抗腐蚀能力，PtCoW@CeO₂异质结构表现出良好的HER稳定性。因此，这项工作不仅为设计和制备具有良好的HER动力学的Pt基催化剂提供了新方法，而且展示了其在较宽的pH范围内实现商业化产氢的潜力。

Coupling Interface Engineering with Electronic Interaction toward High-Efficiency H₂ Evolution in pH-Universal Electrolytes, Journal of Energy Chemistry, 2023, DOI: 10.1016/j.jechem.2023.01.060.

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.01.060.