8月17日，科技日報記者從哈爾濱工業大學獲悉，該校材料科學與工程學院周玉院士團隊李保強教授課題組與浙江農林大學李彩彩副教授以碳點作為核心，構建了具有氮摻雜sp2/sp3碳界面的碳基底。基于將各自對電催化過程有利的sp2和sp3碳相結合的策略，有效平衡氫的吸附和解吸，制備了一種在堿性和酸性體系中均表現出優秀電催化析氫反應（HER）活性的Ru/NCDs。相關研究成果發表在材料領域學術期刊《Small Methods》。

據李保強介紹，隨著國家氫能快速發展，電解水制氫受到國內外廣泛關注。廉價高效的電解水析氫的催化劑是該領域的研究熱點和產業化關鍵。釕（Ru）由于其適當的氫結合能和低廉的價格，被認為是鉑的理想替代品。由于Ru納米顆粒仍存在穩定性差和活性低的問題，因此基于碳負載Ru納米顆粒可有效提高其穩定性和催化活性。然而，該領域研究主要集中在碳載體的篩選、孔隙、導電性和缺陷等對催化劑活性的影響，而sp2和sp3雜化碳在提高HER活性方面仍被忽視。

針對這些問題，該研究團隊提出以sp2/sp3雜化碳負載釕納米顆粒途徑提高釕催化劑的HER活性。團隊利用具有sp2/sp3雜化碳的氮摻雜碳點（NCDs）為前驅體制備具有sp2/sp3雜化碳基底負載Ru納米顆粒的釕/碳點（Ru/NCDs）催化劑，為通過調控碳雜化態提高釕基催化劑活性提供新途徑。

研究結果表明，在堿性和酸性條件下Ru/NCDs均表現出優良的催化活性和穩定性。此外，光譜分析和密度函數理論計算表明Ru和NCDs之間的相互作用不但有效地調節了活性中心Ru的電子結構，而且sp2/sp3碳界面的存在有助于降低中間能壘和平衡氫的吸附/解吸，從而大幅提升釕催化劑的HER的活性。

專家評價認為，Ru/NCDs催化劑與商業Pt/C以及最近報道的Ru基電催化劑相媲美甚至更優越。該研究為底物特性對催化活性的影響和碳負載金屬電催化劑的合理設計提供新思路。

（來源：科技日報）