近日，貴州師范學(xué)院貴州省納米材料模擬與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧明森副教授和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授、江俊教授課題組共同完成的電催化析氫材料設(shè)計(jì)工作《電催化析氫材料設(shè)計(jì)取得突破性進(jìn)展：Less is more》發(fā)表在化學(xué)頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie》（德國(guó)應(yīng)用化學(xué)雜志）（http://dx.doi.org/10.1002/anie.201406468）。

      鄧教授等人將“少即多”的理論借鑒于材料領(lǐng)域。眾所周知，氫能具有非常高的能量密度和極低的環(huán)境污染，對(duì)于潔凈能源的利用開(kāi)發(fā)是至關(guān)重要的。電催化析氫反應(yīng)是在金屬電極表面放氫腐蝕的陰極過(guò)程，是在可逆氫燃料電池中產(chǎn)氫的重要過(guò)程。金屬鉑是該系列反應(yīng)中最具催化活性的金屬材料，然而其高成本促使人們一直在尋找降低鉑用量的方法。迄今為止，業(yè)界還未能開(kāi)發(fā)出降低鉑用量且保持高電催化活性的技術(shù)。

      研究人員通過(guò)理論模擬方法研究金屬鉑和鈀的界面，發(fā)現(xiàn)此兩種金屬功函數(shù)的差異會(huì)導(dǎo)致金屬鉑表面產(chǎn)生極化作用，從而在其表面聚集負(fù)電荷，有利于促進(jìn)析氫反應(yīng)的發(fā)生。進(jìn)一步尺寸依賴性研究表明，該極化作用隨著鉑層厚度的增加而減弱，因此可以通過(guò)鉑層厚度控制來(lái)調(diào)控電催化析氫性能?；谠摪l(fā)現(xiàn)，研究人員設(shè)計(jì)了一類鉑-鈀-石墨烯疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)，并發(fā)展了鉑層厚度精準(zhǔn)控制的合成方法，制造出一系列鉑層可調(diào)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。正如理論模擬所預(yù)計(jì)，該系列復(fù)合結(jié)構(gòu)在電催化析氫反應(yīng)中展現(xiàn)出可調(diào)變的性能，當(dāng)鉑層厚度控制在4個(gè)原子層范圍內(nèi)時(shí)達(dá)到性能最高值，其-300 mV電壓下的電流密度791 mA cm-2和塔菲爾斜率10 mV decade-1遠(yuǎn)優(yōu)于目前商用的鉑碳電極材料。該突破性進(jìn)展使得業(yè)界將能夠在降低金屬鉑用量的同時(shí)極大地提高電催化析氫活性，為開(kāi)發(fā)低成本、高性能電催化材料鋪平了道路。該研究發(fā)現(xiàn)有助于加深人們對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中電荷極化行為和機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)電催化劑的理性設(shè)計(jì)具有重要推動(dòng)作用，大大提升了貴州省在該學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)科水平。