高效电催化产氢新策略：调节轨道电子来平衡氢的吸附/脱附

实现高效电催化分解水产氢是可再生能源战略的重要途径，而高性能的产氢(HER)催化剂是其中的核心之一。目前虽然已经有大量的研究，但是具有理想性能的HER催化剂还是很稀缺。主要是因为HER反应中，氢的吸附太强而脱附难，或者脱附太容易而吸附弱，都会降低催化剂的性能。如何实现氢的吸附和脱附之间的平衡，是获得高性能HER电催化剂的关键，也仍是一个挑战。

过渡金属原子对氢的吸附/脱附取决于其d轨道和氢的s轨道之间的相互作用，而C/N的p轨道可与过渡金属原子的d轨道进行杂化，从而改变d轨道的状态。基于这一思想，我们与韩国蔚山科技大学 (UNIST)的李峰博士等合作，通过第一性原理计算进行设计，将Ir纳米颗粒沉积在C/N基底上，对Ir原子d轨道进行了调节，从而实现了氢在Ir原子上吸附/脱附的平衡，获得了高性能的HER催化剂。该催化剂具有迄今报导的最低过电势(4.5 mV@10mA*cm-2)，最高的Ir质量活性(1.12A*mg-1@10 mV)，性能超过了纯的纳米Ir和商业化的Pt/C。该工作对设计和制备高性能HER催化剂提供了崭新的思路，文章最近以“Balancing hydrogen adsorption/desorption by orbital modulation for efficient hydrogen evolution catalysis”为题在线发表在Nature Communication上，傅正平副教授是论文的共同通讯作者之一。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12012-z

图：高性能HER催化剂的设计思路、第一性原理计算、结构表征及性能