近日，mk体育mk体育,MKsports熊礼威与彭祥教授团队在氢能催化研究领域取得重要进展，相关成果以“Engineering non-interfacial hydrogen spillover in a Ni17W3-WO2 heterostructure”为题发表在国际著名期刊《自然·通讯》（Nature Communications, IF: 15.7）上。研究提出了应变梯度工程这一通用设计策略，成功在非贵金属异质结催化剂中实现了高效的“非界面氢溢流”，为低成本、高性能电催化剂的理性设计开辟了新路径。

另辟蹊径，破解界面困境

随着全球对可持续能源需求的日益迫切，绿色氢能成为实现碳中和目标的关键载体。质子交换膜电解水制氢技术因其高效、响应快等优势备受关注。然而，该技术高度依赖稀缺昂贵的铂族金属催化剂，严重制约了其大规模工业应用。非贵金属催化剂虽成本低廉，却普遍存在一个难以逾越的“氢吸附-脱附”悖论：它们对氢的吸附过强，导致产物氢气难以脱附，反应动力学迟缓。氢溢流效应被视为破解这一瓶颈的有效策略，但传统溢流机制依赖氢原子跨越不同物相界面传递，界面处存在的电子势垒与结构不稳定性，始终制约着催化效率的提升。

针对上述挑战，研究团队提出了一种全新的设计思路：在单一物相内部构建高效的氢迁移通道，彻底规避界面传递瓶颈。团队通过原位相重构方法，成功构筑了由Ni17W3合金相与WO2氧化物相组成的异质结催化剂。

研究发现，异质界面晶格失配在Ni17W3相内部形成连续变化的应变场，为氢原子定向迁移提供了内部驱动力；同时界面处电子从Ni17W3向WO2定向转移，精准优化活性位点的氢吸附能。通过这两种效应的协同作用，氢原子的吸附、迁移与脱附被完整地限制在Ni17W3单相内部，形成了一条不跨界面的氢迁移路径，从根本上规避了传统异质结催化剂的界面能量损失。

研究团队通过原位拉曼光谱、动力学同位素效应等多种表征手段验证了这一机制。其中，原位拉曼光谱直接捕捉到了氢原子在Ni17W3相内迁移的动态过程，为上述机制提供了坚实的实验证据。在质子交换膜电解槽全电池中，Ni17W3–WO2催化剂展现出与商业铂碳催化剂相当的性能，在500 mA cm-2工业级电流密度下，连续稳定运行超过1500小时，具有良好的工业应用前景。

团队进一步将这一设计策略拓展至Co-W合金体系，成功合成了Co0.87W0.13–WO2异质结。该材料同样表现出非界面氢迁移的关键动力学特征，验证了应变梯度工程作为通用设计原则的普适性。

十年磨剑，WITer从本科生到顶刊一作

论文第一作者谢松是mk体育自主培养的本硕博学生。在熊礼威与彭祥教授的指导下，他长期聚焦于电催化剂表界面调控与反应机理研究，在校期间，以第一作者身份在Applied Catalysis B-Environment and Energy（IF: 21.1）、Coordination Chemistry Reviews（IF: 23.5）等能源材料化学领域知名期刊发表了多篇论文。此次在《自然·通讯》发表的研究成果，是他在博士阶段研究工作的又一重要突破。

从本科阶段打下扎实基础，到博士阶段在国际著名期刊持续产出高水平成果，谢松的成长轨迹是该校拔尖创新人才培养的一个缩影。

厚积薄发，深耕非贵金属催化

此次在《自然·通讯》的突破，是团队在非贵金属电催化领域长期深耕的成果之一。近年来，团队聚焦于非贵金属电催化剂的表界面调控与反应机理研究，在氢能催化领域取得了一系列创新性成果，多篇成果入选ESI高被引论文、热点论文。

以钼基催化剂为模型体系，利用界面处功函数差异构建内建电场，显著提升了析氢性能，在安培级电流密度下稳定运行240小时（Science China Materials，中国科学系列期刊）。通过一步碳/氮化法构筑钼基异质结，实现宽pH范围及真实海水中高效析氢，展现了优异的普适性应用潜力（Chemical Engineering Journal, IF: 13.2）。设计制备了Co–Fe基异质结催化剂，在碱性介质中实现2 A cm-2电流密度下稳定运行240小时（Science China Technological Sciences, 中国科学系列期刊）。系统综述了耦合电催化制氢策略的最新进展，探讨了尿素/水合肼氧化、小分子增值电合成、废弃物升级回收等降低电解能耗的新路径，为节能制氢技术的发展提供了全面的理论框架（Materials Science and Engineering: R: Reports, IF: 26.8）。上述成果mk体育均为第一单位。

这些前期积累，为本次“非界面氢溢流”策略的提出奠定了重要基础。在基础研究不断突破的同时，团队也注重技术保护，已授权发明专利及实用新型专利20余项，形成了一批具有自主知识产权的核心技术。彭祥教授凭借在电催化领域的持续贡献，入选2023-2025全球前2%顶尖科学家榜单。

上述前期积累，为团队提出“非界面氢溢流”新策略奠定了坚实基础。在持续推进基础研究的同时，团队高度重视技术转化与知识产权保护，目前已获授权发明专利及实用新型专利20余项，形成了一批具有自主知识产权的核心技术。彭祥教授因在电催化领域的持续贡献，入选2023—2025年全球前2%顶尖科学家榜单。

未来，团队将进一步聚焦电催化制氢领域的关键科学问题，加快基础研究成果向实际应用转化，持续服务国家能源战略与绿色低碳发展的重大需求。

科研育人，人才培养结硕果

比发表高水平论文更重要的，是培养出能够持续产出高水平成果的人才。在彭祥教授培养毕业的四届学生中，累计指导10余名学生获得国家奖学金，4名学生毕业论文被评为校级优秀硕士学位论文。他不仅深耕科研，也高度重视教学研究，在化学教育领域知名期刊Journal of Chemical Education上发表3篇教研论文，将科研前沿融入课堂教学。

彭祥教授指导研究生谢松以“基于非贵金属电催化剂的低能耗制氢系统”项目，先后荣获“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“黑科技”专项赛三等奖、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖，指导本科生李芯蕊和曹霜分别获得了全国大学生生命科学竞赛三等奖。

转推自长江云新闻