本报讯  近日，中国科大国家同步辐射实验室闫文盛教授研究组与孙治湖副研究员合作，提出了通过调控催化剂的反应环境来优化催化剂催化性能的技术策略。在实验上，将此策略应用到了负载于MgO纳米片上的Pt纳米颗粒催化剂，突破了其在碱性溶液中，析氢反应（HER）活性低的内在缺T陷。相关成果发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》上。

反应机理示意图

电化学以其低反应活化能、高反应速率和高能量效率的特点在能源的转化与存储中发挥着重要作用。目前为止，大部分研究工作主要是通过各种方法改善催化剂本征活性来提高电极反应效率。事实上，催化剂周围的局部反应环境在电极反应过程中也起着至关重要的作用。因此，通过固-液界面之间的多种物理化学作用来调节局部反应环境，将是提高电催化性能和设计高效电催化剂的一种新途径。

基于此，该研究团队以Mg-MOF为前驱体，利用两步浸渍-热解的方法合成了负载在VO-MgO纳米片上的Ptδ-纳米颗粒催化剂，并将其用于碱性介质中的析氢反应。电化学测试表明Pt/MgO催化剂具有优异的HER活性，在电流密度为10 mA cm-2时，过电位只有39 mV，显著低于20 wt% Pt/C的过电位（62 mV）。利用原位拉曼光谱、同步辐射红外光谱和X射线吸收光谱表明该催化剂能够在碱性介质中产生局部的酸性环境，并获得了与Pt/C在酸性介质中相当的析氢反应(HER)性能。结合理论计算，提出了Pt/MgO催化剂在碱性介质中显示出优异HER性质的微观机制：首先，VO-MgO有利于水的离解和负价Ptδ-物种的形成。然后，由于静电相互作用，H3O+会向Ptδ-附近迁移并聚集，从而在碱性介质中形成局部类酸性反应环境。这种局部酸性环境为铂在碱性电解质中提供了良好的反应条件，从而实现了高效HER活性。

(国家同步辐射实验室 核科学技术学院)