武汉理工丁瑶教授团队AFM： 利用自重构产生的原子级空位锚定超低含量Pt金属提升碱性析氢反应性能

第一作者：马翰丞 彭威 黃海倫

通讯作者：丁瑶*

单位：武汉理工大学，香港科技大学

氢气作为丰富且可再生的清洁燃料，由于其能量密度高、能量转换高效、环境友好等优点，已成为化石燃料的有前途的替代品。近期的研究揭示了单原子催化剂对于电催化析氢的作用，并且由于单原子催化剂高效的催化活性也成为科学界重点提升催化剂催化活性的手段之一。在众多单原子催化剂中，Pt单原子催化剂被认为是最具催化活性的。然而，对于Pt单原子催化剂的制备目前存在许多挑战，包括Pt原子的聚集和苛刻电化学条件下催化剂催化活性的丧失以及Pt原子利用率低和合成手段较为复杂等。

基于以上背景，武汉理工大学丁瑶副教授，在国际知名期刊AFM上发表题为“Anchoring Ultralow Platinum by Harnessing Atomic Defects Derived from Self-reconstruction for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction”的观点文章。

通过将在泡沫镍上生长的NiMoO4进行电化学重构，并将重构后产生原子空位的材料通过浸泡Pt盐溶液和退火还原，衍生出超低Pt质量负载（mPt=0.3 wt.%）的高效析氢催化剂Pt SAs-Ni₄Mo/Ni@NF。原位Raman和原位红外表征证实了在NiMoO4的自我重建过程中Mo的浸出，通过产生原子缺陷有助于锚定Pt单原子。此外，密度函数理论（DFT）计算表明，原子缺陷可以有效地捕获盐溶液中的Pt2+，有助于Pt单原子的分布。此外，Pt SAs-Ni₄Mo/Ni具有的独特Pt-Ni相互作用可以降低HER步骤的能量势垒。Pt SAs-Ni₄Mo/Ni@NF在碱性HER显示出显著的催化活性，具有17 mV的低过电势（j=10 mA cm^-2），以及高Pt的原子利用率（在30 mV下为8.92 A mgPt^-1）和优异的耐久性。这个这项工作不仅为制备高效、稳定的低Pt催化剂提供了借鉴方法，同时也为碱性HER中Pt单原子和Ni-Mo合金之间的相互作用建立了对协同效应的深入理解。

丁瑶，武汉理工大学材料科学与工程学院特岗教授，湖北省高层次人才，研究生导师。研究方向为半导体材料科学与光电能源转存一体化器件的设计及性能调控，在Nano Energy、Advanced Functional Materials、Nano Letter、ACS Nano、Small等期刊发表SCI论文20余篇，多次在国际学术会议做口头报告，主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省重点研发计划等科研项目，参与国家自然科学基金委重大仪器专项、科技部重点研发计划等科研项目。

马翰丞，武汉理工大学材料科学与工程专业硕士毕业生，香港科技大学博士在读生。

彭威，武汉理工大学材料科学与工程专业博士在读生。

武汉理工大学纳米重点实验室主要从事纳米能源材料与器件领域的研究，包括新能源材料、新型催化材料、微纳器件等前沿方向。团队目前有教师11名，包括长江学者、杰青、国家领军人才、国家级高层次青年人才5人（次），在读博士、硕士研究生80余人。中科院院士赵东元教授作为课题组学术顾问，为课题组发展提供重要的指导和帮助。团队长期致力于储能技术领域研究，设计组装了国际上第一个单根纳米线器件，实现单纳米基元从0到1的突破，发现电子/离子双连续效应和分级协同效应。团队近年来主持/承担了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项、国家杰出青年基金、国家基金委重大科研仪器专项、国家自然科学基金重点项目、国家国际科技合作计划等国家级科研项目30余项。

课题组目前发表SCI论文400余篇，以第一或通讯作者在Nature 2篇，Nature及Cell子刊（20篇），合作发表Nature 1篇、Science 2篇、Nature、Science、Cell子刊5篇，以第一或通讯作者在影响因子10.0以上的期刊发表论文100余篇，ESI高被引论文55篇，ESI 0.1%热点论文13篇。获得国家发明授权专利140余项。获国家自然科学二等奖（2019）、教育部自然科学一等奖（2018年）和湖北省自然科学一等奖（2014年和2021年）。团队负责人麦立强教授获何梁何利基金科学与技术青年创新奖（2020）和国际电化学能源大会卓越研究奖（2018，每年仅2人）等，获国家杰青资助（2014年），入选教育部“长江学者”奖励计划（2016年），英国皇家化学会会士（2018）和科睿唯安全球高被引科学家（2019、2020、2021）；任国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”首席科学家、国家重点研发计划纳米科技专家组成员、国家“十四五”材料领域重点专项指南编制专家，入选“国家百千万人才工程计划”，并被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号，享受国务院政府特殊津贴；在美国MRS、ACS、ECS等重要国际会议做特邀报告70余次；作为会议主席举办Nature能源材料会议、第十届中美华人纳米论坛等重要学术会议。团队培养的50余名学生被推荐到哈佛大学、麻省理工大学、牛津大学、加州大学洛杉矶分校、西北太平洋国家实验室、阿贡国家实验室、清华大学、北京大学、中国科学院等著名高校或科研机构进行深造。

10余名学生已在国内外知名高校和科研单位如英国国家物理实验室、萨里大学、滑铁卢大学、厦门大学等任职，担任教授或助理教授。该团队已发展成为国内外纳米科学技术和新能源材料技术领域具有重要影响的科学研究、国际合作及人才培养中心。欢迎有志于从事新能源纳米材料与器件的有志之士加盟本课题组！特别欢迎对科研感兴趣、成绩好、英语基础扎实、积极主动性高、有志于继续国内或到国外深造的学生报考或申请本课题组的博士后、博士生、硕士生，也欢迎国内外专家学者或学生的访问、交流与合作！

武汉理工大学麦立强团队官网：http://mai.group.whut.edu.cn/