中性介质中的电化学析氢反响（HER）因为动力学缓慢而被列为动力催化范畴最困难的应战之一。因为质子浓度低，HER在中性/碱性介质中的动力学比在酸性环境中缓慢得多。因而，即使是最先进的铂基催化剂，在中性/碱性介质中的活性也比酸性介质中低两到三个数量级。HER 的动力学与电极资料的性质以及电解质-固体界面催化位点附近的部分反响微环境密切相关。规划和开发高效的中性HER催化剂依然极具应战。近来，

  在复原电位下，WO3经过电化学电子-质子共掺杂的方法完成可逆和快速的氢掺杂以构成HxWO3青铜，H原子与O原子结合构成具有Brønsted酸性的W-OH物种，一起进行电荷重排，将W6+复原为W5+，然后增强了资料的导电性（图1）。经过测验资料的部分pH发现，比较于传统的炭基底，质子化的HxWO3能够作为质子海绵和电子库，在电化学电双层中创造一个“类酸性”的微环境（图2）。可是关于纯HxWO3载体仍旧表现出较差的催化活性，这首要归结于其外表受阻的H-H耦合进程（图2），因而需求引进其他金属位点。

  使用电化学堆积法成功制备了Ir-HxWO3复合电催化剂，电镜和元素分布图都证明了大约1.7 nm Ir颗粒的成功负载。凭借XPS和DFT核算来进一步剖析Ir NPs和HxWO3之间的电子相互作用，电荷从金属Ir 向HxWO3载体搬运。Ir NPs和HxWO3之间的界面极化电场势必会影响HxWO3载体中的晶格氢物种。1H固态核磁共振光谱和升温脱附试验证明：Ir的引进增强了HxWO3载体中的质子流动性。进一步剖析不同氢物种的电子结构发现，界面氢物种在费米级附近具有更高的电子态，标明Ir金属能够活化界面氢物种，使其有或许参加到HER进程中（图3）。

  随后，在1.0 M PBS电解液中系统地评价Ir-HxWO3、20 wt% Pt/C和10 wt% Ir/C催化剂的中性HER功能，一起在0.5 M H2SO4中进行了酸性HER评价，以作比较。正如预期的那样，中性条件下Ir-HxWO3催化剂的HER活性和动力学与酸性介质中的类似。具体来说，在150 mV的过电位下，Ir-HxWO3催化剂在中性介质中能够供给256 mA/cm2，但在酸性介质中只添加到277 mA/cm2，添加起伏仅为8%，而且两者相挨近的Tafel斜率值（中性：28 mV/dec；酸性：25 mV/dec）标明Ir-HxWO3催化剂在不同介质中遵从类似的析氢途径（Tafel进程：Had + Had → * + H2）。与之构成鲜明对比的是，商业20wt% Pt/C和10 wt% Ir/C电催化剂在不同的电解质中表现出明显的HER功能差异。使用高速摄像机来调查Ir-HxWO3和商业Pt/C 催化剂在大电流（@100 mA/cm2）电解下气泡的脱附行为。Ir-HxWO3电极发生的气泡绵密而又细微，比较而言，商业Pt/C电极外表附着大小不一的气泡且难以脱附。超疏气外表（W-OH 基团）与纳米棒阵列结构相结合，使得Ir-HxWO3电极增强了电解质的有用滋润和气泡的快速脱除，与此一起，该催化剂表现出更优异的稳定性（图4）。

  接下来，作者使用原位拉曼光谱、选择性毒化试验、同位素效应试验证明了Ir颗粒与HxWO3载体的协同催化机制。其间复合Ir-HxWO3催化剂中的Ir金属位点对Volmer进程具有杰出的电催化活性，能够有用地吸附H2O并进一步促进其解离，然后生成界面的Ir-Had物种。Ir-Had和界面活化WO-Had自发地结组成H2并脱附。一起，HxWO3外表快速的氢搬运能够及时弥补界面上被耗费的部分氢物种，然后完成整个催化反响的闭环。因而，Ir-HxWO3催化剂杰出的中性HER功能来自Ir金属位点和晶格氢物种连接的协同催化作用。

  综上所述，本作业选用简洁的电化学方法来组成共同的Ir-HxWO3催化剂，并在非酸性介质下完成高效的电化学析氢。经过电致变色进程和相应的物理化学表征，谨慎地验证了在电化学析氢电位下，质子自发刺进WO3中，并在Ir金属位点周围构成“类酸性”的部分微环境。原位电化学拉曼光谱测验、选择性毒化和动力学同位素效应试验清楚地证明了Ir金属和HxWO3的晶格氢物种之间的协同催化作用，即Ir位点明显加速Volmer进程来构成Ir-Had，随后，Ir-Had和附近活化的WO-Had物种自发重组构成H2分子，一起理论核算也验证了这一观念，然后完成快速的析氢速率。因而，与传统的商业Ir/C和Pt/C催化系统比较，Ir-HxWO3催化剂打破了pH依靠的动力学约束，在中性介质中表现出超低过电位（η10 = 20 mV）和快速的反响动力学（Tafel斜率为28 mV dec-1），而且与酸性介质中的催化活性挨近。因而，该研讨为调控部分反响环境，以更合理和准确的方法规划高功能催化剂供给了新思路。

  该论文的榜首作者为浙江大学化学系博士研讨生郑晓忠，通讯作者为王勇教授。研讨作业得到了国家要点研制方案（2021YFB3801600），国家自然科学基金（21872121和21908189）浙江省“斥候”和“领雁”方案（2023C01108、2022C01218和2022C01151）的支撑。

  王 勇，浙江大学化学系教授，博士生导师，催化研讨所所长。国家要点研制方案项目首席科学家，中组部“万人方案”青年优秀人才及国家优秀青年基金获得者。2002年本科结业于湘潭大学化工学院，2007年博士结业于浙江大学化工系，2007年～2009年在浙江大学化学系从事博士后研讨作业，2009年～2011年在德国马普胶体与界面化学研讨所从事博士后研讨作业，2011年进入浙江大学作业至今。荣获第九届我国催化青年奖、侯德榜化工科技-创新奖等荣誉。作为项目负责人先后承当多项国家及省部级项目，如国家自然科学基金优秀青年基金、面上项目及浙江省杰出青年基金和要点基金等项目。王勇课题组致力于工业催化剂的研制，特别是根据多孔炭及金属氧化物的负载型工业催化剂的开发及相关反响机理的研讨，所研制的多个催化剂在工业上得到使用, 发生了明显的经济和社会效益。在Chem., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上宣布SCI论文160余篇，被引证2万余次，H-index 63。获授权国家创造专利40余件。当选“高被引学者”名单，研讨成果荣获我国专利金奖、我国石油与化学工业联合会“创造特等奖”以及浙江省科学技能奖-技能创造一等奖等。更多信息请阅读课题组主页：。