碱性氢电催化动力学比酸性条件下低2个数量级，是进一步开发基于阴离子交换膜(AEM)的氢能量转换和储存技术(如AEM燃料电池和AEM水电解)的瓶颈。调节电催化剂的表面亲氧性被认为是一种有效的策略，可以提高碱性氢电催化动力学，这具有重大的科学和技术意义。
迄今为止，亲氧性调节加速碱性氢电催化动力学的机制主要围绕催化剂-中间相互作用的双功能或电子效应。值得注意的是，从界面电双层(EDL)结构的角度来看，这种理解也应该强烈依赖于电极性能，但仍然缺乏足够的认识。
近日，武汉大学陈胜利和李朋等研究了表面亲氧性在影响碱性氢电催化动力学中的界面EDL机制。通过用Mo、Ru、Rh和Au等适体修饰Pt薄膜电极以调节表面亲氧性，并系统地结合基本电化学实验、原位ATR-SEIRAS、密度泛函理论(DFT)计算和从头分子动力学(AIMD)模拟，发现表面亲氧性与碱性HER活性之间存在火山型关系，光谱得到的界面环境信息和电极PZC值之间存在火山型关联。研究表明，电极表面亲氧性影响碱性氢电催化活性的根源是其改变了电极的PZC，从而决定了界面环境和反应动力学。
具体而言，Mo和Au修饰引起的表面亲氧性过强和过弱都引起Pt电极的PZC升高，从而使反应电位与PZC偏离较大，进而导致界面电场和刚度过强，氢键结构受阻，最终对氢电催化动力学产生负面影响。与此形成鲜明对比的是，Rh和Ru修饰所赋予的适度的表面亲氧性可以有效地降低电极的PZC，从而创造了良好的界面环境和对活性的积极影响。
综上，该项工作不仅为从电催化界面的角度理解电极特性依赖的反应动力学提供了一个新的概念，而且有望通过表面亲氧性工程为材料设计提供了指导。
Electric-double-layer mechanism of surface oxophilicity in regulating the alkaline hydrogen electrocatalytic kinetics. Journal of the American Chemical Society, 2025. DOI: 10.1021/jacs.4c14511
陈胜利，二级教授、博士生导师。分别于1991年和1996年在武汉大学获得学士和博士学位，随后在Imperial College London等从事博士后研究，2004年起任武汉大学教授，2013年获聘珞珈学者特聘教授，担任弘毅学堂《物理化学》主讲教师；兼任ACS Catalysis、《催化学报》、《电化学》等期刊编委；获中国电化学青年奖。长期从事与能源转化有关的电化学基础与材料研究，主要方向有电极过程动力学、电催化、理论与计算电化学、纳米电化学；承担国家自然科学基金重点项目等十余项。作为主编之一出版《电催化》专著，近年来在Nat. Catal.、Chem. Soc. Rev.、JACS、Nat. Commun.、Angew.、AM、AEM、ACS Nano、Chem. Sci.、ACS Catal.等期刊累计发表学术论文150余篇。