告別OH中毒！武漢理工大學(xué)木士春、李蓓ACS Catal報(bào)道“釜底抽薪”新策略，讓羥基“反水”參與反應(yīng)，雙向優(yōu)化HER動(dòng)力學(xué)
原創(chuàng) 研理科研線-文獻(xiàn) 研理科研線-文獻(xiàn) 2025年08月21日 07:30 遼寧
2025年8月13日，武漢理工大學(xué)李蓓、木士春團(tuán)隊(duì)在ACS Catalysis期刊發(fā)表題為“Hydroxyl?Interfacial Water Proton Exchange Strategy to Hasten Water Reduction on Ruthenium Sites”的研究論文，蔣林濤、陳興寶為論文第一作者，李蓓、木士春為論文共同通訊作者。
邏輯鏈條
廣泛背景（堿性HER動(dòng)力學(xué)遲滯）→ 核心問題（傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為OH中間體吸附會(huì)占據(jù)活性位點(diǎn)，“毒化”催化劑）→ 現(xiàn)有方法及其局限（大多致力于促進(jìn)OH脫附，但無法從根本上解決H/OH的競(jìng)爭(zhēng)吸附問題）→ 提出本文核心概念（變“堵”為“疏”，讓吸附的OH物種直接參與反應(yīng)） → 本文策略（通過簡(jiǎn)單的電化學(xué)活化，在Ru表面原位引入活性羥基OHad）→ 闡述假設(shè)的機(jī)制鏈條（Ru-OHad作為質(zhì)子受體 → 啟動(dòng)“羥基-界面水質(zhì)子交換” → 加速水的吸附/解離 → 額外的OH位點(diǎn)促進(jìn)H脫附 → 雙向優(yōu)化HER動(dòng)力學(xué)） → 預(yù)告研究成果（性能大幅提升，并為堿性HER提供了新的反應(yīng)路徑和機(jī)理見解）。
全文點(diǎn)評(píng)
讓我們來看看如何對(duì)這篇文獻(xiàn)深刻的拆解，清晰的呈現(xiàn)到你面前，制作不易，方便的話大家可以點(diǎn)贊轉(zhuǎn)發(fā)喲（公眾號(hào)加上星標(biāo)，不迷路喲），尤其建議剛?cè)腴T的研究生同學(xué)可以對(duì)著文獻(xiàn)和我們的解析進(jìn)行對(duì)比閱讀，有利于打開大家的思路，理清邏輯思路。
話不多說，今天這篇文獻(xiàn)，它的主角是堿性HER中一個(gè)“臭名昭著”的物種——羥基（OH）。在傳統(tǒng)認(rèn)知里，OH就是一個(gè)“麻煩制造者”，它會(huì)和H搶占催化劑的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)急劇下降，這是堿性HER性能遠(yuǎn)不如酸性的核心癥結(jié)之一。因此，過去大量的研究都像是在和OH“打仗”：要么想辦法削弱它和催化劑的結(jié)合，讓它趕快“滾蛋”；要么引入一些親氧位點(diǎn)來加速水的解離，但又容易陷入OH脫附困難的新困境。按理說，這似乎是一個(gè)“死循環(huán)”。那么，作者是如何跳出這個(gè)怪圈，還能在頂刊上講出新故事的呢？這就引出了一個(gè)非常高明的科研思路：打不過，就讓它加入！這篇文章的精髓，就在于它沒有繼續(xù)走“如何趕走OH”的老路，而是反其道而行之，提出一個(gè)大膽的想法：如果OH不是“毒物”，而是反應(yīng)的“催化劑”呢？ 作者通過一個(gè)極其簡(jiǎn)單的電化學(xué)活化方法，在Ru表面巧妙地構(gòu)建了一種特殊的活性羥基（Ru-OHad）。這個(gè)OHad不再是一個(gè)被動(dòng)的“占位者”，而是一個(gè)主動(dòng)的“參與者”。
它最絕妙的機(jī)制在于啟動(dòng)了所謂的“羥基-界面水質(zhì)子交換”。你可以把它想象成一個(gè)高效的“中轉(zhuǎn)站”：這個(gè)OHad先從界面水中“搶”來一個(gè)質(zhì)子，幫助水分子順利吸附到催化劑表面并快速解離；同時(shí)，多出來的這個(gè)OH位點(diǎn)又反過來幫助生成的H更容易地脫附形成氫氣。這一來一回，不僅完美規(guī)避了OH占據(jù)位點(diǎn)的“中毒”問題，還一舉兩得，從“吸附”和“脫附”兩個(gè)方向上雙重加速了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
所以說，這篇工作不是簡(jiǎn)單地合成了一個(gè)新材料，而是從根本上挑戰(zhàn)了對(duì)堿性HER機(jī)理的傳統(tǒng)認(rèn)知。它告訴我們，面對(duì)科研中的“頑疾”，有時(shí)候換個(gè)角度，把“敵人”變成“盟友”，反而能柳暗花明。這恰恰體現(xiàn)了科研中從“表象優(yōu)化”到“機(jī)理創(chuàng)新”的深刻轉(zhuǎn)變，為高效堿性HER催化劑的設(shè)計(jì)提供了一條全新的、極具啟發(fā)性的路徑。
理論計(jì)算分析
我們來看這篇文章的DFT理論計(jì)算部分（Figure 5），作者團(tuán)隊(duì)的操作堪稱教科書級(jí)的典范，它沒有停留在簡(jiǎn)單“擬合實(shí)驗(yàn)”的層面，而是從根源上對(duì)催化機(jī)理進(jìn)行了深刻的剖析和預(yù)測(cè)。
首先，作者上來就用一張清晰的示意圖（圖5a）點(diǎn)明了核心科學(xué)問題：活化前后的電子構(gòu)型和反應(yīng)路徑有何不同？這為后續(xù)的計(jì)算指明了方向。整個(gè)計(jì)算邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，層層遞進(jìn)，完美地回答了“為何電化學(xué)活化能極大提升HER性能”這一核心問題：
1. 從“電子結(jié)構(gòu)”探究活化本質(zhì)：
功函數(shù)（WF，圖5b）計(jì)算顯示，活化后的R-Ru-Ni(OH)2功函數(shù)更低（3.26 eV vs 3.55 eV），意味著電子更容易脫離表面參與反應(yīng)，這與實(shí)驗(yàn)UPS結(jié)果（圖2h）高度吻合。
態(tài)密度（PDOS，圖5c）的計(jì)算更是點(diǎn)睛之筆。它揭示了活化后Ru原子的d帶中心下移，遠(yuǎn)離了費(fèi)米能級(jí)。根據(jù)d帶中心理論，這會(huì)削弱對(duì)中間體（尤其是\H）的吸附，有利于其脫附。這精準(zhǔn)地解釋了實(shí)驗(yàn)中H2-TPD（圖2g）觀察到的更低的脫附溫度。
差分電荷密度（DCD，圖5d,e）和電子定域函數(shù)（ELF，圖5f,g）則將電子轉(zhuǎn)移過程可視化。DCD清晰地展示了電子從Ru核流向Ni(OH)2殼層和表面羥基（Ru-OHad），形成了富電子的羥基位點(diǎn)。而ELF則表明，這個(gè)富電子的Ru-OHad位點(diǎn)具有更強(qiáng)的電子定域性，使其成為一個(gè)優(yōu)異的“質(zhì)子抓手”，為后續(xù)的質(zhì)子交換奠定了基礎(chǔ)。
2. 從“反應(yīng)路徑”驗(yàn)證機(jī)理創(chuàng)新：
吉布斯自由能（ΔG，圖5h）的計(jì)算是整個(gè)理論部分最精彩的一環(huán)。作者對(duì)比了不同反應(yīng)路徑，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ru-OHad作為活性位點(diǎn)時(shí)，其與界面水發(fā)生的“質(zhì)子交換”過程能壘極低（僅0.193 eV），遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的羥基脫附/水吸附過程。這為作者提出的核心機(jī)理——“羥基-界面水質(zhì)子交換策略”提供了最堅(jiān)實(shí)的理論支撐。
能壘計(jì)算（圖5i）進(jìn)一步量化了這種優(yōu)勢(shì)。計(jì)算表明，Ru-OHad的存在不僅極大地降低了水解離的能壘（僅0.035 eV），更重要的是，它還顯著降低了后續(xù)H脫附形成H2的能壘（0.395 eV）。
總而言之，這篇論文的DFT計(jì)算部分不是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的簡(jiǎn)單附會(huì)，而是一場(chǎng)深刻的理論演繹。它從“電化學(xué)活化引發(fā)電子轉(zhuǎn)移”這一物理現(xiàn)象出發(fā)，通過“d帶中心調(diào)控和Ru-OHad位點(diǎn)形成”作為橋梁，最終完美地論證了“質(zhì)子交換策略”如何從“促進(jìn)水吸附/解離”和“加速H?脫附”兩個(gè)方向（Bidirectionally）協(xié)同優(yōu)化了HER的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。整個(gè)論證過程環(huán)環(huán)相扣，邏輯清晰，充分展現(xiàn)了理論計(jì)算在揭示復(fù)雜催化機(jī)理中的強(qiáng)大力量。
摘要解析
摘要是文章的“精華濃縮版”，咱們按照“背景-問題-方案-亮點(diǎn)-意義”的框架來解析：
研究背景: 在堿性析氫反應(yīng)（HER）中，界面水分子（H2O）和反應(yīng)中間體（H、OH）的行為至關(guān)重要。存在的挑戰(zhàn)/問題：傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，OH中間體在催化活性位點(diǎn)上的強(qiáng)吸附會(huì)“毒化”或“堵塞”反應(yīng)位點(diǎn)，從而拖慢了整個(gè)HER的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。本研究的方案：作者反其道而行之，提出了一種“羥基-界面水質(zhì)子交換策略”。他們通過簡(jiǎn)單的電化學(xué)活化方法，在釕（Ru）催化劑表面原位引入了被激活的表面吸附羥基（Ru-OHad），意圖讓這個(gè)曾經(jīng)的“麻煩制造者”(OH)變身為反應(yīng)的“催化劑”。
核心亮點(diǎn)與成果：
1. 機(jī)理證實(shí)： 通過原位光譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，證明了這些豐富的Ru-OHad物種在HER過程中，確實(shí)建設(shè)性地參與了界面水的質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程，從而促進(jìn)了水分子的吸附、裂解以及后續(xù)H?的脫附。
2. 理論支撐： 理論計(jì)算進(jìn)一步揭示，Ru-OHad與H2O的質(zhì)子交換在能量上更有利，同時(shí)Ru-OHad的存在也降低了H的脫附能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)HER吸附/脫附動(dòng)力學(xué)的“雙向優(yōu)化”。
3. 性能優(yōu)異： 基于此策略，活化后的催化劑（R-Ru-Ni(OH)2）在堿性介質(zhì)中僅需26 mV的超低過電位即可驅(qū)動(dòng)10 mA cm-2的電流密度，并表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。
長(zhǎng)遠(yuǎn)意義：
這種電化學(xué)活化策略對(duì)其他催化劑也具有普適性，為設(shè)計(jì)高效堿性HER催化劑提供了一條全新的、打破常規(guī)的優(yōu)化路徑。
研究亮點(diǎn)與數(shù)據(jù)支撐（證據(jù)鏈）
本研究的核心創(chuàng)新在于，顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知中OH對(duì)HER的抑制作用，巧妙地將其轉(zhuǎn)化為促進(jìn)反應(yīng)的活性物種，并揭示了其通過“質(zhì)子交換”來加速反應(yīng)的全新機(jī)理。 整個(gè)證據(jù)鏈條清晰且有力：
1. 創(chuàng)新點(diǎn)：構(gòu)建了活性Ru-OHad位點(diǎn)。
證據(jù)鏈支撐：
XPS光譜（圖2a-c）： 清晰地顯示活化后Ru的結(jié)合能正移，Ni的結(jié)合能負(fù)移，證明電子從Ru流向了Ni(OH)2殼層，從而“活化”了Ru表面，使其易于吸附OH。
EPR光譜（圖2e）： 活化后的樣品出現(xiàn)了更強(qiáng)的羥基自由基信號(hào)，這是存在化學(xué)吸附羥基（OHad）的直接證據(jù)。
物理化學(xué)表征（圖2i, j）： 活化后催化劑表面的水接觸角變?yōu)閪0°，展現(xiàn)出超親水性，這與表面富集的親水羥基密切相關(guān)。
2. 核心論證：證明了Ru-OHad通過“質(zhì)子交換”參與并加速HER。
證據(jù)鏈支撐：
原位光譜（ATR-SEIRAS, 圖4c,d）： 在反應(yīng)條件下，實(shí)時(shí)捕捉到了歸屬于Ru-OH伸縮振動(dòng)（1013 cm-1）和OH中間體（871 cm-1）的信號(hào)峰，且信號(hào)隨電壓增強(qiáng)，證明了Ru-OHad物種真實(shí)地參與了反應(yīng)過程。
同位素標(biāo)記質(zhì)譜（DEMS, 圖4h, i）： 這是本研究的“殺手锏證據(jù)”。研究人員先用含D的電解液（KOD/D2O）對(duì)催化劑進(jìn)行活化，使其表面形成Ru-ODad。隨后，將該催化劑放入普通的含H2O的電解液中進(jìn)行HER反應(yīng)，質(zhì)譜儀檢測(cè)到了大量的HD氣體產(chǎn)物。這一結(jié)果無可辯駁地證明了：催化劑表面吸附的D（來自Ru-ODad）參與了析氫反應(yīng)，唯一的途徑就是通過“Ru-ODad + H2O → Ru-OHad + HDO”這樣的質(zhì)子交換過程。
動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)（KIE, 圖4g）： 活化后催化劑的KIE值（2.413）遠(yuǎn)低于活化前（7.201），表明O-H鍵的斷裂變得更加容易，即水解離過程被顯著加速。
3. 最終效果：實(shí)現(xiàn)了“雙向動(dòng)力學(xué)優(yōu)化”和卓越的催化性能。
證據(jù)鏈支撐：
電化學(xué)性能（圖3）： 最終的宏觀表現(xiàn)——26 mV @ 10 mA cm-2的超低過電位和超過100小時(shí)的穩(wěn)定性，證明了該策略的有效性。
DFT理論計(jì)算（圖5h, i）： 從理論上完美閉環(huán)了整個(gè)故事，計(jì)算出“質(zhì)子交換”路徑不僅促進(jìn)了水解離（第一步），還降低了H脫附（最后一步）的能壘，為“雙向優(yōu)化”提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
前言解析
-
前言部分，作者為我們清晰地勾勒出其研究的邏輯起點(diǎn)和創(chuàng)新思路：
開篇即點(diǎn)明電催化水分解制氫的核心地位，并迅速聚焦于其半反應(yīng)——堿性析氫反應(yīng)（HER）。接著，作者直指當(dāng)前研究的“痛點(diǎn)”：堿性HER動(dòng)力學(xué)遠(yuǎn)慢于酸性條件，其根源在于復(fù)雜的中間體轉(zhuǎn)化過程，尤其是公認(rèn)的OH中間體對(duì)催化活性位點(diǎn)的“占據(jù)效應(yīng)”，它阻礙了關(guān)鍵H中間體的生成和脫附，導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)遲滯。作者回顧了現(xiàn)有策略，指出大部分研究都致力于削弱OH的吸附以釋放活性位，但這并未跳出H與OH“競(jìng)爭(zhēng)吸附”的窠臼，從根本上限制了催化性能的提升。
話鋒一轉(zhuǎn)，作者亮出了顛覆性的新思路！與其想方設(shè)法“驅(qū)逐”O(jiān)H，不如反其道而行之，利用活化的表面吸附羥基（OHad）來“助推”反應(yīng)。他們提出一個(gè)全新的“羥基-界面水質(zhì)子交換”策略。該策略的核心假設(shè)是：1）活化的OHad作為優(yōu)異的質(zhì)子受體，能有效與界面水分子作用，促進(jìn)水的吸附；2）OHad能直接參與反應(yīng)（OHad + H2O + e- → H2O + OH-），巧妙地繞過了傳統(tǒng)的H2O解離生成H和OH的步驟，從而避免了OH脫附的能壘。這樣一來，OHad的參與從“水的吸附”和“H的脫附”兩個(gè)方向上雙向優(yōu)化了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，打破了H與OH的動(dòng)力學(xué)競(jìng)爭(zhēng)壁壘。
最后，作者明確了本研究的工作：通過簡(jiǎn)便的電化學(xué)活化方法，在Ru-Ni(OH)?核殼催化劑的Ru表面原位引入了這種活化的OHad。并計(jì)劃利用原位光譜、同位素標(biāo)記質(zhì)譜（DEMS）和密度泛函理論（DFT）計(jì)算，系統(tǒng)地驗(yàn)證這一創(chuàng)新機(jī)制的有效性。
圖文對(duì)照解析
圖1 材料的合成與結(jié)構(gòu)表征： 成功制備了核殼結(jié)構(gòu)的催化劑，且活化前后形貌保持穩(wěn)定。
-
(a) 展示了催化劑的制備流程示意圖：通過一步水熱法合成Ru-Ni(OH)2核殼納米球，再經(jīng)過電化學(xué)循環(huán)伏安（CV）活化得到R-Ru-Ni(OH)2。
-
(b, c) 掃描電鏡（SEM）圖像顯示，活化前后材料均保持了均一的納米球形貌，表面粗糙。
(d, e) 高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像揭示了Ru核-Ni(OH)2殼的結(jié)構(gòu)，并表明活化后殼層厚度略有減小。晶格條紋證實(shí)了Ru和Ni(OH)2的存在。
(f, g) 元素分布（EDS）圖譜直觀地證明了Ru元素在核、Ni和O元素在殼的分布特征。
小結(jié)： 這一系列表征證明，電化學(xué)活化并未顯著改變材料的宏觀形貌和核殼結(jié)構(gòu)，性能的提升來源于更深層次的化學(xué)狀態(tài)變化，而非結(jié)構(gòu)重塑。
圖2 催化劑的化學(xué)與物理性質(zhì)： 活化過程成功引入了表面羥基并優(yōu)化了電子結(jié)構(gòu)。
-
(a-c) X射線光電子能譜（XPS）顯示，活化后Ru 3p軌道結(jié)合能正移，Ni 2p軌道負(fù)移，證明電子從Ru核轉(zhuǎn)移到了Ni(OH)2殼層。同時(shí)O 1s譜中代表表面羥基的峰面積增加。
-
(d) 熱重分析（TG）曲線表明，活化后的催化劑在約300°C有更大的質(zhì)量損失，歸因于更多的表面吸附水和羥基物種的脫去。
(e) 電子順磁共振（EPR）譜檢測(cè)到活化后催化劑具有更強(qiáng)的羥基自由基信號(hào)，證實(shí)了化學(xué)吸附羥基（OHad）的形成。
(f) DFT計(jì)算表明，在Ru表面吸附3個(gè)OH基團(tuán)（Ru-Ni(OH)2-(OHad)3）的結(jié)構(gòu)在能量上最穩(wěn)定。
(g) 程序升溫氫氣脫附（H2-TPD）曲線顯示，活化后催化劑的H?脫附峰溫更低，表明更有利于H?的脫附。
(h) 紫外光電子能譜（UPS）揭示活化后功函數(shù)降低，d帶中心下移，有利于中間體的脫附。
(i, j) 水接觸角測(cè)試表明，活化后催化劑表面變?yōu)槌H水（接觸角~0°），證明了表面富含親水性羥基。
圖3 堿性析氫（HER）性能評(píng)估： 活化后的催化劑展現(xiàn)出頂尖的HER活性和穩(wěn)定性。
-
(a, b) 在1 M KOH溶液中，R-Ru-Ni(OH)2/NF僅需26 mV的過電位即可達(dá)到10 mA cm-2的電流密度，性能遠(yuǎn)超活化前樣品和商業(yè)Ru/C，與商業(yè)Pt/C相當(dāng)。
-
(c, d) 在堿性海水中，R-Ru-Ni(OH)2同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的性能（30 mV @ 10 mA cm-2）。
(e) 與近期報(bào)道的Ru基催化劑性能對(duì)比圖，凸顯了其領(lǐng)先地位。
(f-i) 長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試表明，無論是在1 M KOH還是堿性海水中，催化劑經(jīng)過3000次CV循環(huán)和100小時(shí)的恒流測(cè)試后，性能幾乎沒有衰減。
圖4 原位光譜與同位素標(biāo)記揭示反應(yīng)機(jī)理： 直接證據(jù)表明活化的羥基參與了質(zhì)子交換過程。
-
(a, b) 原位拉曼光譜顯示，活化后的R-Ru-Ni(OH)2在析氫電位下出現(xiàn)了更強(qiáng)的歸屬于Ru-OH的振動(dòng)峰，且隨電位負(fù)移而增強(qiáng)，證明了OH物種參與了HER過程。
-
(c-f) 原位衰減全反射紅外光譜（ATR-SEIRAS）不僅捕捉到了OH中間體和Ru-OHad的信號(hào)，還觀察到界面水的振動(dòng)峰發(fā)生紅移，表明活化后的表面促進(jìn)了界面水分子的解離。
(g) 動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)（KIE）測(cè)試表明，活化后催化劑的KIE值顯著降低（從7.201降至2.413），意味著O-H鍵的斷裂（即水解離步驟）更容易發(fā)生。
(h, i) 關(guān)鍵的同位素標(biāo)記-微分電化學(xué)質(zhì)譜（DEMS）實(shí)驗(yàn)：用D?O活化催化劑引入ODad后，在H2O電解液中進(jìn)行HER，檢測(cè)到了大量的HD氣體信號(hào)。這直接證明了表面的D物種（源于ODad）參與了反應(yīng)，是通過與H2O中的H進(jìn)行交換后生成的。
圖5 密度泛函理論（DFT）計(jì)算： 從理論上闡明了羥基促進(jìn)HER的內(nèi)在機(jī)制。
-
(a) 提出了活化前后反應(yīng)路徑的示意圖，清晰展示了“質(zhì)子交換”這一核心機(jī)制。
-
(b-g) 電子結(jié)構(gòu)計(jì)算（功函數(shù)、態(tài)密度、差分電荷密度、電子定域函數(shù)）表明，活化引入的OHad優(yōu)化了Ru位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)（功函數(shù)降低、d帶中心下移、電荷重新分布），使其更容易進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移和質(zhì)子捕獲。
(h, i) 吉布斯自由能和能壘計(jì)算是理論部分的核心。結(jié)果表明：1）有OHad參與的質(zhì)子交換路徑（能壘0.193 eV）在能量上遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的水吸附路徑；2）OHad的存在顯著降低了后續(xù)水解離（能壘僅0.035 eV）和H脫附（能壘0.395 eV）的能壘。
小結(jié)： 理論計(jì)算完美支撐了實(shí)驗(yàn)結(jié)論，證實(shí)了OHad通過開辟一條低能壘的“質(zhì)子交換”新路徑，雙向加速了水的吸附/解離和H2的脫附，從而根本上提升了催化活性。
最后點(diǎn)評(píng)
這絕對(duì)是一項(xiàng)構(gòu)思巧妙且論證嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕艹龉ぷ鳌Ｋㄟ^一個(gè)簡(jiǎn)單的電化學(xué)活化策略，顛覆了堿性HER研究中對(duì)表面羥基（OH）作用的傳統(tǒng)認(rèn)知——即OH不再僅僅是阻礙反應(yīng)的“毒物”，而是可以被巧妙利用的“助推器”。
文章最大的亮點(diǎn)在于其提出的“羥基-界面水質(zhì)子交換”機(jī)理。作者結(jié)合了多種強(qiáng)大的原位光譜技術(shù)和關(guān)鍵的同位素標(biāo)記DEMS實(shí)驗(yàn)，層層遞進(jìn)，提供了無可辯駁的證據(jù)，令人信服地揭示了活化羥基（OHad）如何作為質(zhì)子受體，主動(dòng)參與并促進(jìn)水分子吸附、解離和最終的氫氣脫附。DFT計(jì)算不僅在理論層面驗(yàn)證了這一新路徑的能量?jī)?yōu)勢(shì)，還從電子結(jié)構(gòu)層面深刻揭示了其內(nèi)在原因。
這項(xiàng)工作不僅為開發(fā)高性能堿性HER催化劑提供了一種高效且普適的改性策略，更重要的是，它為我們從原子和分子層面深入理解復(fù)雜電催化反應(yīng)機(jī)理開辟了新的視角。它告訴我們，優(yōu)化催化劑的設(shè)計(jì)思路可以更加靈活，有時(shí)，轉(zhuǎn)化甚至利用那些被認(rèn)為是“不利”的中間物種，可能會(huì)帶來意想不到的突破。
文獻(xiàn)引用：
[1] Jiang, L.; Chen, X.; Jiang, L.; Luo, X.; Li, R.; Zhou, Q.; Mu, X.; Chen, L.; Li, B.; Yu, J.; Mu, S. Hydroxyl?Interfacial Water Proton Exchange Strategy to Hasten Water Reduction on Ruthenium Sites. ACS Catal. 2025, 15, 14380–14391.
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c07602