应变工程新突破！天津大学朱胜利教授团队/日本東北大学刘恒助理教授CEJ：球磨诱导应变调控纳米多孔催化剂析氢性能

第一作者：李启特

通讯作者：徐文策*，刘恒*，朱胜利*

单位：天津大学，日本東北大学

氢能作为清洁能源载体，其高效制备依赖于低成本、高性能的催化剂。目前铂基催化剂成本高昂，而过渡金属磷化物（TMPs）因高活性、低成本成为研究热点，但其催化性能仍难以满足工业需求。应变工程通过调控材料电子结构可优化催化活性，但传统方法存在工艺复杂、应变范围有限等问题。球磨技术兼具低成本与高效应变引入的优势，但其对催化性能的微观机制尚不明确。本文通过球磨与脱合金协同策略，精准调控纳米多孔催化剂的应变状态，为高效制氢催化剂设计提供了新思路。

基于此，来自天津大学朱胜利教授、徐文策副研究员与日本東北大学刘恒助理教授在Chemical Engineering Journal上发表题为“Ball milling-induced strain engineering in nanoporous catalysts for tailoring hydrogen evolution reaction”的最新研究工作，系统探讨了球磨诱导应变工程在多孔催化剂中的应用。研究中，作者通过球磨结合化学脱合金技术，实现对纳米多孔 (CoFe)₂P催化剂微结构、孔径及内在应变状态的精确控制，揭示了应变对电催化析氢（HER）性能的调控机制。结果表明，在经过24小时球磨处理后，适度的压缩应变不仅使催化剂的d带中心上移，更显著降低了水分解的活化能，达到了HER性能的最佳催化活性。此研究为利用机械方法构建高效非贵金属催化剂提供了新的思路，并为绿色氢能的高效制备铺平了道路。

图1. 球磨与脱合金协同制备纳米多孔 (CoFe)₂P催化剂示意图及其微观结构表征

通过调节球磨时间（0-48小时），发现12小时内脱合金后的纳米孔尺寸从50 nm降至20 nm，后续球磨主要引入压缩应变（-1.08%至-6.32%），纳米孔尺寸几乎不在变化。球磨诱导的晶格畸变通过双相脱合金过程保留至纳米多孔结构，形成双连续通道，优化了传质与活性位点暴露。

要点二：应变调控电子结构与催化活性

压缩应变使 (CoFe)₂P的d带中心上移接近费米能级（Ef），增强对水分子的吸附与解离能力。DFT计算表明，np-CoFeP-24的d带中心为-0.95 eV（最接近Ef），其水解离能垒（0.44 eV）显著低于未球磨样品（1.78 eV），氢吸附自由能接近Sabatier最优值，实现吸附/脱附平衡，从而获得最优性能的催化活性。

要点三：过量应变导致性能下降

48小时球磨样品因过度压缩应变（-6.32%）导致结构失稳，d带中心下移，反应动力学受阻。实验证实，球磨时间需精准控制（24小时为最优），以实现应变与结构的协同优化。

Ball milling-induced strain engineering in nanoporous catalysts for tailoring hydrogen evolution reaction

徐文策副研究员简介：天津大学材料科学与工程学院副研究员，主要从事纳米多孔金属基电催化剂开发与应用研究。在Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials等知名国际期刊发表研究结果。