具有独立结构、开放空间、快速电荷转移和低界面屏障等特征的金属纳米阵列对催化水分解具有高度实用性。对于过渡金属(如Fe、Co、Ni、Cu、Ti)，通常可以通过氢/溶剂热处理在电极上生长成相应的氢氧化物纳米阵列。纳米阵列电极更有利于活性位点暴露、质量转移和电解质润湿，这显著提高了电催化剂的活性和稳定性。
然而，受固有化学性质和工程难度的限制，电极上自支撑贵金属纳米阵列的生长很少被报道。文献已经提出了将贵金属铸造或掺杂到纳米阵列(如TiO2纳米阵列)上的方法，以允许贵金属利用纳米阵列结构。然而，这些纳米阵列经常受到效率低、贵金属密度低以及支撑纳米阵列选择有限和电子导率适中的影响。精确且快速地在所需基底上凝聚金属物种，形成具有足够催化界面的自支撑垂直对齐结构，仍然是一个关键挑战。
近日，上海交通大学邱惠斌课题组开发了一种胶束刷引导方法，将金属(Ru、Ir、Rh、Pt)纳米颗粒聚集并熔炼成在各种基底上的直立纳米阵列。软模板的高溶剂化电晕也有利于两个或多个金属NPs的同时渗透，导致形成杂化纳米阵列。
这些密集堆积的金属NPs在高温下进一步熔炼，形成连续的金属、合金和金属氧化物纳米阵列。同时，熔炼处理大大提高了电子导率，提高了四个数量级以上，并强化了纳米阵列结构。这使得可以灵活定制具有优异HER活性的自支撑耐酸金属和合金纳米阵列催化剂，以及具有非凡OER活性的金属氧化物纳米阵列。
对于HER反应，制备的Ru纳米阵列在1 A cm-2时的过电位低至82.1 mV，Tafel斜率为18.6 mV dec-1；制得的RuOx纳米阵列在1 A cm-2下的OER过电位为330 mV，在1.55 VRHE时的质量活性为4295 A gRu-1。Ru纳米阵列作为阴极和RuOx纳米阵列作为阳极组装的质子交换膜(PEM)水电解器在80 °C下仅需1.88 V即可达到2 A cm-2的电流密度，在1 A cm-2下可稳定运行超过500小时。
值得注意的是，这种方法适用于更广泛的纳米颗粒，如过渡金属、量子点、团簇和钙钛矿。引入更多类型的金属NPs和协同熔炼也为构建具有预定义纳米结构的高熵合金提供了一条可行的途径。
Synthesis of noble metal nanoarrays via agglomeration and metallurgy for acidic water electrolysis. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-60419-8
邱惠斌，上海交通大学化学化工学院教授、博士生导师。获得国家自然科学基金委杰出青年科学基金、重大研究计划培育项目、面上项目、联合基金项目、科技部重点研发项目、上海市教委科研创新重大研究项目、上海市科委国际合作项目等资助，入选青年千人、上海高校青年东方学者、上海青年优秀学术带头人、上海市曙光计划、上海市浦江人才计划。研究方向为多级次精准自组装；螺烯超分子化学；新型功能材料构筑。以通信作者身份在Science、JACS、Angew.、AM、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Energy Environ. Sci.等国际期刊上发表多篇论文。