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　　北京大學工學院郭少軍以通訊作者在《自然?通訊》上發表重要研究結果

　　近日，北京大學工學院郭少軍">郭少軍研究員和蘇州大學、美國加州大學相關研究人員的聯合團隊在電解水產氫(hydrogen evolution reaction, HER)催化劑研究方面取得突破。該工作首先通過化學油相合成PtNi合金納米線，再通過硫化形成有利于產氫的界面：PtNi/NiS，表現出十分卓越的HER活性，最后基于量化計算結果證明NiS的存在有利于堿性條件下水分子的裂解。此工作強調了金屬/硫化物界面對電催化產氫的重要性。該合作成果發表在最新一期的國際權威學術期刊《自然?通訊》(Nature Communications)上。

　　化石能源(煤、石油和天然氣)的廣泛利用是工業革命的標志之一，也驅動著人類社會文明以前所未有的速度發展;然而，其所引起的副作用也是尤為顯著的。首先，化石能源不可再生，凸顯了當今社會的能源短缺問題;其次，化石資源非清潔能源，為地球生態帶來了諸如酸雨、霧霾等環境污染問題。因此，社會的可持續發展需要尋求更為清潔且可再生的替代能源。氫是宇宙中廣泛存在的元素，且被利用后的產物僅為水，因此被認為是未來最理想的能源形式。氫氣的來源多樣化，其中通過電化學方式催化分解水由于效率高和可操作性強等優點廣受關注。目前，電催化制氫通常選用貴金屬鉑作為催化材料，較高的成本是制約該技術走向規模化應用的主要障礙。因此，迫切需求開發產氫效率更高的電催化材料，以降低鉑的用量。

　　通過研究電解水制氫的反應機理，郭少軍">郭少軍研究員等認識到在堿性條件下水分子的斷鍵是整個反應的速控步驟，而鉑無法有效地斷開水分子中的H-OH鍵，所以電催化活性較低。為解決這一問題，他們在不同成分的PtNi納米線表面引入NiS納米顆粒，構筑有利于HER進行的Pt/NiS界面。NiS的存在有利于斷裂H-OH鍵，可直接為附近的Pt位點提供氫離子，該協同體系極大地促進了堿性條件下HER的進行。隨后的實驗證實：在電解質pH = 14的環境中，該催化劑在過電勢為0.07 V時的電流密度達到 37.2 mA/cm2，較商業碳載鉑催化劑高出近10倍。密度泛函理論計算發現，NiS表面確有利于水分子的斷鍵。此工作強調了金屬/硫化物界面對于電催化HER的重要性。

　　該工作在北京大學、蘇州大學和美國加州州立大學三個單位的緊密合作下完成。郭少軍">郭少軍、Gang Lu、黃小青依次為論文的通訊作者。該項目得到北京大學工程科學與技術創新高精尖中心基金、科技部重點研發計劃和國家自然科學基金等支持。

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