我校王美玲团队在《Angewandte Chemie International Edition》与《Energy & Environmental Science》发表电催化领域最新研究成果

我校材料科学与工程学院王美玲副教授（博导）在电催化领域取得突破，针对Pt-N-C单原子因单一活性位中间体竞争吸附导致碱性HER活性低的问题，通过对其外部环境与本征结构进行调控，强化了催化剂碱性析氢性能，相关成果相继在国际顶级学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》以及《Energy & Environmental Science》发表题为“Co Nanoparticle: An Efficient H-pump for Pt Single Atoms Towards Enhanced Hydrogen Spillover” 与“Precision N-Species engineering in Pt–N₄ via Ring-Reconstruction towards Efficient Alkaline Water Electrolysis”的研究论文。太原理工大学为第一通讯单位。

团队提出在Pt单原子周围引入Co位点，通过调控Co纳米尺度调控外部供H，优化Pt原子局部酸性微环境的思路。以ZIF-8@ZIF-67为前驱体，通过热解调控Co尺寸调控OH吸附能力，并通过N配位限域锚定Pt原子制得对应催化剂；结合理论计算探明了不同纳米尺度Co的供H能力。研究表明与Co团簇相比，Co纳米颗粒由于较强的供H能力，可以显著提高碱性HER性能。本研究表明通过调控OH吸附位的纳米尺度可以优化活性位局部酸性微环境。论文通讯第一署名单位太原理工大学材料科学与工程学院，王美玲副教授为通讯作者，2021级硕士生徐熠岢为论文第一作者（DOI: 10.1002/anie.202502227）

团队进一步提出通过调控吡咯N/吡啶N比例优化Pt原子本征电子结构以调节本征富H能力，优化原子局部酸性微环境的思路。在上述研究基础上，调控ZIF-8@ZIF-67的热解气氛，借助Co颗粒催化氢化反应，诱导碳环重构即吡啶N向吡咯N转变，实现吡咯N/吡啶N原子比约1/1（N[5]/N[6]=1/1）设计，并通过N配位限域锚定Pt原子研究表明催化剂槽电压仅为1.82 V@1 A cm^-2并可稳定运行400 h@1 A cm^-2。本部分通过调控Pt–N–C催化剂中吡咯N/吡啶N比例至1/1，实现了催化剂HER活性与稳定性的协同提升。论文通讯第一署名单位太原理工大学材料科学与工程学院，王美玲副教授为通讯作者，2022级硕士生刘振宇为论文第一作者（DOI: 10.1039/d5ee01449b）。这些工作得到了国家自然科学基金面上项目、山西省科技创新人才青年团队项目以及中央引导地方发展基金等项目的支持。