摘要：氢能作为一种清洁能源，近年来备受关注。析氢反应（HER）是水电解制氢的关键步骤，而开发高效、稳定的HER催化剂是实现氢能大规模应用的核心挑战之一。氢溢流现象被认为是提升HER效率的重要机制，但其在酸性环境中的应用仍面临诸多难题。近日，绍兴文理学院的钟文武团队通

氢能作为一种清洁能源，近年来备受关注。析氢反应（HER）是水电解制氢的关键步骤，而开发高效、稳定的HER催化剂是实现氢能大规模应用的核心挑战之一。氢溢流现象被认为是提升HER效率的重要机制，但其在酸性环境中的应用仍面临诸多难题。近日，绍兴文理学院的钟文武团队通过将PtPd合金纳米团簇锚定在CeO2表面，成功实现了短程氢溢流，显著降低了酸性HER的反应能垒，为高效酸性HER催化剂的设计提供了新思路。

氢溢流是指氢原子从高活性金属位点（如铂、钯）迁移到相邻载体表面或低活性位点的现象。这一过程能够有效促进质子在强吸附位点上的吸附，并通过溢流到弱吸附位点实现高效氢释放。近年来，氢溢流在HER领域引起了广泛关注。然而，氢溢流在电催化领域的研究仍处于起步阶段，尤其是在不同催化体系中实现氢溢流仍面临巨大挑战。

选择合适的催化剂载体是实现氢溢流的关键。CeO2因其独特的化学性质成为电催化过程中的理想载体。其可逆的Ce4+/Ce3+氧化还原对和丰富的氧空位能够促进电子转移，并作为“电子泵”调节电荷分布。尽管CeO2在碱性HER中的氢溢流已有报道，但其在酸性环境中的应用仍未被充分探索。

合金催化剂在诱导氢溢流方面表现出巨大潜力。PtPd合金因其优异的HER性能备受关注。Pt具有出色的催化活性，但其高成本限制了广泛应用；而Pd则是一种成本较低的替代品，具有良好的催化性能。PtPd合金不仅能够调节电子结构，优化氢吸附能，还能减少Pt的使用量，降低成本而不牺牲催化效率。然而，PtPd合金通常表现出较强的氢吸附，导致较高的HER过电位。氢溢流有望改善PtPd合金催化剂的HER活性，但这一领域的研究仍较为有限。

钟文武团队将PtPd合金纳米团簇锚定在CeO2表面，探索了其在酸性环境中的HER性能。研究发现，在析氢过程中发生了氢溢流现象。PtPd合金优化了催化剂的电荷分布，放大了氢溢流效应。值得注意的是，氢溢流并非从PtPd到CeO2，而是从PtPd到界面。这种短程溢流降低了氢迁移的能垒，提高了反应活性。在酸性条件下，PtPd/CeO2表现出极低的过电位（10 mA cm-2时为5.7 mV，100 mA cm-2时为32.5 mV），并展现出优异的催化稳定性（在100 mA cm-2下稳定运行至少400小时）。

相应的H吸附位点模型。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

这项研究为设计高效酸性HER催化剂提供了重要启示。通过短程氢溢流机制，PtPd/CeO2催化剂在酸性环境中表现出卓越的性能，为氢能的大规模应用奠定了基础。未来，研究人员将进一步探索氢溢流在其他催化体系中的应用，推动清洁能源技术的发展。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上。

Short-path Hydrogen Spillover on CeO2-Supported PtPd Nanoclusters for Efficient Hydrogen Evolution in Acidic Media

Zixin Yan, Zirui Liu, Guosheng Zhou, Tianchen Jin, Huanhuan Zhang, Lin Gu, Tong Gao, Shijie Shen, Wenwu Zhong

Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202501964

钟文武教授简介

钟文武，绍兴文理学院化学化工学院院长、教授、博士生导师，研究方向主要为电催化材料。浙江省杰出青年基金获得者、浙江省高校高层次拔尖人才；获中国材料研究学会科学技术奖二等奖；主持国家自然科学基金项目3项、科技部子课题1项、浙江省杰出青年基金项目1项、浙江省自然科学基金2项。在Science Advances，Angewandte Chemie, Advanced Materials, ACS Energy Letters, Advanced Energy Materials等国际高水平期刊上发表论文80余篇，论文被引用5000余次。

来源：X一MOL资讯