近日，我院白锋教授团队在电解水制氢催化剂研究领域取得重要进展。研究成果以《Metastable Phase Engineering of Core@shell RuFe@Ru for Boosting Hydrogen Evolution》为题，发表在国际知名期刊《Nano Letters》上（DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c02375）。该研究创新性地通过相调控与核壳结构设计，优化了Ru基催化剂的电子结构及其中间体吸附强度，显著提升了析氢反应（HER）效率，为开发高性能、低成本的电解水制氢催化剂提供了新思路。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02375

电解水制氢因其高效、清洁等优势受到广泛关注。然而，目前该技术严重依赖贵金属Pt作为催化剂，且Pt在碱性条件下的活性和稳定性远低于酸性条件，极大制约了其商业化应用。Ru基材料因具有与Pt相近的中间体吸附能力且价格显著更低，被视为Pt基催化剂最具潜力的替代品。但现有Ru基催化剂仍难以满足商业化所需的性能和稳定性要求，其核心瓶颈在于Ru对中间体吸附氢（*H）的吸附过强，导致*H脱附困难，活性位点被大量占据，反应动力学受阻。

针对这一挑战，白锋教授团队创新性地利用面心立方Fe团簇作为种子，外延生长亚稳相fcc结构Ru，并构筑了核为fcc RuFe合金、壳为fcc Ru的独特核壳结构（fcc RuFe@fcc Ru）。与传统的密排六方相核壳结构（hcp RuFe@hcp Ru）以及常规hcp RuFe合金相比，该新型催化剂显著优化了*H的吸附能力。深入研究表明，得益于fcc相Ru和核壳结构的协同作用，催化剂的d带中心明显下移，电子结构得到有效调控，从而优化了关键中间体*H的吸附能力，大幅提升了HER本征活性和稳定性。

实验结果表明，所开发的fcc RuFe@fcc Ru催化剂性能卓越，仅需17 mV的过电势即可达到10 mA cm^-2的电流密度，并在该电流密度下稳定运行35小时而无明显衰减。这一性能显著优于目前报道的大多数Ru基催化剂。该工作通过精妙的亚稳相工程和核壳结构设计，为解决Ru基催化剂氢吸附过强的难题提供了有效策略，为推进高性能、低成本Ru基电解水制氢催化剂的实际应用奠定了坚实基础。

河南大学纳米科学与材料工程学院为论文的第一通讯单位。我院硕士研究生顾佳硕和国家电力投资集团氢能源有限公司陈立刚博士为论文共同第一作者。河南大学张俊涛、白锋教授，中国科学院刘效治副研究员，以及德国马普固体物理所胡志伟研究员为论文共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金委以及河南大学专项经费的大力支持。