材料科学与工程学院研究生在Angewandte Chemie发表最新研究成果
氢能作为一种清洁能源备受关注，雪缘园比分直播材料科学与工程学院2023级材料工程专业硕士研究生严子心，在导师指导下通过将PtPd合金纳米团簇锚定在CeO2表面，成功实现了短程氢溢流，显著降低了酸性HER的反应能垒，为高效酸性HER催化剂的设计提供了新思路。近日，这一成果在材料领域权威期刊Angewandte Chemie-International Edition（IF=16.1）上发表，严子心为论文第一作者。
PtPd/CeO2短程氢溢路径示意图
析氢反应（HER）是水电解制氢的关键步骤，而开发高效、稳定的HER催化剂是实现氢能大规模应用的核心挑战之一。氢原子从高活性金属位点（如铂、钯）迁移到相邻载体表面或低活性位点的氢溢流现象，被认为是提升HER效率的重要机制，但其在酸性环境中的应用仍面临诸多难题。CeO2因其可逆的Ce4+/Ce3+氧化还原对和丰富的氧空位能够促进电子转移并作为“电子泵”调节电荷分布，成为电催化过程中的理想载体。PtPd合金不仅能够调节电子结构，优化氢吸附能，还能减少Pt的使用量，降低成本而不牺牲催化效率，因此在诱导氢溢流方面备受关注。但PtPd合金通常表现出较强的氢吸附，导致较高的HER过电位。
该研究将PtPd合金纳米团簇锚定在CeO2表面，探索了其在酸性环境中的HER性能。研究发现，在析氢过程中发生了氢溢流现象。PtPd合金优化了催化剂的电荷分布，放大了氢溢流效应。值得注意的是，氢溢流并非从PtPd到CeO2，而是从PtPd到界面。这种短程溢流降低了氢迁移的能垒，提高了反应活性。在酸性条件下，PtPd/CeO2表现出极低的过电位（10 mA cm-2时为5.7 mV，100 mA cm-2时为32.5 mV），并展现出优异的催化稳定性（在100 mA cm-2下稳定运行至少400小时）。这项研究为设计高效酸性HER催化剂提供了重要启示，通过短程氢溢流机制，PtPd/CeO2催化剂在酸性环境中表现出卓越的性能，为氢能的大规模应用奠定了基础。
材料科学与工程学院自2023年9月迎来首批硕士研究生以来，强化科教融合，注重学生学术素养与职业能力同步提升。研究生围绕新能源、新材料领域的社会经济需求课题开展学术训练，形成了一批科研成果，该项研究是其中的优秀代表。
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