在碱性HER过程中，电解质中有限的质子需要水在催化表面上快速切割H-OH键。创造局部类酸微环境正在成为改善非酸性溶液中pH依赖性HER动力学的最有效方法之一。
缓冲条件或适度增加质子供应量可能是一种有效的方法，且质子应该迅速被运送到反应位点，并在那里被消耗。磷酸钴(CoP)具有负电荷Pδ-来捕获质子，是HER最经典的非贵金属催化剂之一。然而，CoP分解水分子的能力不足阻碍了电解效果，特别是在碱性环境中。因此，探索廉价和可行的设计，为CoP模型催化剂适当地提供更多质子，将对碱性HER应用的发展做出重大贡献。
近日，四川大学孙旭平、姚永超、山东师范大学唐波和电子科技大学吴铜伟等提出一个合理的设计原则来提高质子利用率，这个原则基于局域化质子的产生和消耗的动态平衡，这种平衡要求活性位点的质子供应适中(即不多也不少)。
研究人员在CoP的表面引入了磷酸钴(CoPi)，它擅长吸附和进一步切割水分子。在反应过程中，多功能CoPi首先促进质子的产生，然后通过同时作为质子缓冲剂和质子穿梭/质子供体来防止局域化酸性。质子可以暂时和动态地储存在质子化磷酸盐(例如，作为表面吸附和晶格氢)中，并迅速运输到CoP中产生H2。
性能测试结果显示，与CoP相比(低过电位范围内为80.2 mV dec-1，高过电位范围内为133.7 mV dec-1)，CoPi@CoP催化剂的Tafel斜率在低过电位范围内为64.7 mV dec-1，高过电位范围内为97.6mV dec-1，表明Volmer步骤得到改善。
此外，以碱性海水作为电解质，基于CoPi@CoP的阴离子交换膜水电解槽(CoPi@CoP/NF|NiFe LDH/INF)可以在0.5 A cm-2下连续稳定运行超过400小时。综上，该项研究探讨了电化学制氢的关键主题，即如何供应质子，还为催化剂设计提供了指导，以改善质子供应行为。
Amorphous phosphates tailor local proton supply for alkaline hydrogen evolution electrocatalysis. Advanced Materials, 2025. DOI: 10.1002/adma.202503660