記者8月17日從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院周玉院士團(tuán)隊(duì)李保強(qiáng)教授課題組與浙江農(nóng)林大學(xué)李彩彩副教授以碳點(diǎn)作為核心，構(gòu)建了具有氮摻雜sp2/sp3碳界面的碳基底。基于將各自對電催化過程有利的sp2和sp3碳相結(jié)合的策略，有效平衡氫的吸附和解吸，制備了一種在堿性和酸性體系中均表現(xiàn)出優(yōu)秀電催化析氫反應(yīng)（HER）活性的Ru/NCDs。相關(guān)研究成果發(fā)表在材料領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《Small Methods》。

據(jù)李保強(qiáng)介紹，隨著國家氫能快速發(fā)展，電解水制氫受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。廉價高效的電解水析氫的催化劑是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵。釕（Ru）由于其適當(dāng)?shù)臍浣Y(jié)合能和低廉的價格，被認(rèn)為是鉑的理想替代品。由于Ru納米顆粒仍存在穩(wěn)定性差和活性低的問題，因此基于碳負(fù)載Ru納米顆粒可有效提高其穩(wěn)定性和催化活性。然而，該領(lǐng)域研究主要集中在碳載體的篩選、孔隙、導(dǎo)電性和缺陷等對催化劑活性的影響，而sp2和sp3雜化碳在提高HER活性方面仍被忽視。

針對這些問題，該研究團(tuán)隊(duì)提出以sp2/sp3雜化碳負(fù)載釕納米顆粒途徑提高釕催化劑的HER活性。團(tuán)隊(duì)利用具有sp2/sp3雜化碳的氮摻雜碳點(diǎn)（NCDs）為前驅(qū)體制備具有sp2/sp3雜化碳基底負(fù)載Ru納米顆粒的釕/碳點(diǎn)（Ru/NCDs）催化劑，為通過調(diào)控碳雜化態(tài)提高釕基催化劑活性提供新途徑。

研究結(jié)果表明，在堿性和酸性條件下Ru/NCDs均表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性和穩(wěn)定性。此外，光譜分析和密度函數(shù)理論計算表明Ru和NCDs之間的相互作用不但有效地調(diào)節(jié)了活性中心Ru的電子結(jié)構(gòu)，而且sp2/sp3碳界面的存在有助于降低中間能壘和平衡氫的吸附/解吸，從而大幅提升釕催化劑的HER的活性。

專家評價認(rèn)為，Ru/NCDs催化劑與商業(yè)Pt/C以及最近報道的Ru基電催化劑相媲美甚至更優(yōu)越。該研究為底物特性對催化活性的影響和碳負(fù)載金屬電催化劑的合理設(shè)計提供新思路。