0D-2D相互作用：铂量子点触发S-NiFeP纳米片的应变效应，从而实现铂@S-NiFeP/NF电极在整体水分解过程中达到安培级别的电流密度性能

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：0D-2D Interaction: Pt quantum dots trigger the strain effect of S-NiFeP nanosheet to achieve ampere-level current density overall water splitting performance of Pt@S-NiFeP/NF electrode

Pt量子点通过电沉积调控S-NiFeP纳米片，形成压缩应变，优化碱性HER和OER性能，DFT证实Fe-Pt双活性位点机制及d带中心位移效应，电流密度达1 A cm-2优于商用催化剂。

　　氢能源因其超高能量密度和环保特性，近年来受到广泛关注。电催化制氢作为最具前景的制氢方法之一，其关键在于高效催化剂的设计与优化。在众多催化剂中，贵金属（例如铂、钌和铱）因其独特的内在结构，在析氢反应（HER）和析氧反应（OER）中表现出卓越的催化性能。然而，这些材料的成本高、储量有限，严重制约了其在大规模应用中的推广。因此，降低贵金属含量、提高其原子利用率成为贵金属电极研究的重要方向。

目前，贵金属负载的非贵金属载体电极因其成本降低和贵金属利用率提升，成为电催化剂研究的热点。贵金属的负载形式包括单原子、团簇、量子点（QDs）、纳米颗粒等。其中，贵金属量子点负载的电极因其独特的结构特性，被赋予“金属-载体相互作用（MSI）”的催化机制。在MSI机制中，最常见的是“强金属-载体相互作用（SMSI）”和“电子金属-载体相互作用（EMSI）”。SMSI机制主要涉及金属与载体之间的金属键、界面形貌、界面电荷转移以及反应物传输等过程。而EMSI机制则强调金属与载体之间强电子相互作用的调控作用。

在探索贵金属负载电极的催化效果时，研究者通常关注金属与载体之间的电子流动和强电子相互作用。然而，这种研究往往忽略了金属团簇或量子点与载体之间的紧密结合所引发的载体晶格应变效应。晶格应变工程是一种从动力学角度提升电催化性能的代表性策略。它通过改变晶格参数（如键长、键角、键态、晶格畸变等），优化金属原子的电子结构和d带中心位置，从而从根本上调控材料的吸附/脱附能力以及高活性晶面的暴露程度。

目前，晶格应变结构主要通过晶格失配的核壳结构、大金属间隙的合金材料、形态剧烈变化的材料、缺陷材料以及复合负载材料等手段实现。值得注意的是，负载在载体上的材料通常指的是具有较大质量和体积的颗粒或块体。而对于体积和质量较小的量子点而言，其加载和分散对载体材料晶格应变结构的影响往往被忽视。这导致对“贵金属量子点@载体”结构的理解过于片面，难以准确追踪优异的电催化性能。这种现象不利于量子点负载电极的定向设计及其在后续工业化中的实际应用。

因此，基于对SMSI和EMSI机制的掌握，本研究深入探讨了贵金属量子点与载体之间的晶格应变效应，为全面理解“贵金属量子点@载体”电催化机制奠定了基础。本研究创新性地采用电沉积方法，在S-NiFeP纳米片上沉积适量的铂量子点，从而诱导S-NiFeP纳米片产生压缩应变，最终获得具有独特压缩应结构的Pt@S-NiFeP/NF电极。显然，铂量子点的尺寸和分布可以通过调控电沉积参数来控制，进而影响S-NiFeP纳米片上不同程度的压缩应变。根据理论计算和实验结果，Pt@S-NiFeP/NF电极在碱性HER和OER过程中表现出优异的性能。

进一步研究发现，S-NiFeP基底中的压缩应变有效促进了Pt@S-NiFeP/NF的d带中心偏移，并降低了电催化反应的能量壁垒，从而优化了碱性HER和OER的动力学过程。实验结果表明，Pt@S-NiFeP/NF电极在实现1 A cm?2的电流密度时，所需的过电位仅为121 mV（HER）和300 mV（OER），远优于商业Pt/C电极和低应变或高应变的Pt@S-NiFeP/NF电极。这充分证明了本研究提出的“贵金属量子点@载体”结构中，量子点对载体晶格应变的调控作用具有重要意义。

本研究不仅为贵金属量子点负载电极的定向设计提供了新的思路，也为该模型的结构与电催化性能之间的关系提供了清晰的解释。通过深入研究量子点与载体之间的相互作用，我们发现，除了传统的EMSI效应外，量子点的尺寸和分布对载体晶格应变的调控作用同样不可忽视。这种调控作用在电催化反应中发挥着关键作用，使得材料在不同反应条件下表现出优异的催化性能。

本研究采用的“离子交换-热解-电沉积”方法，为制备具有特定晶格应变结构的电极提供了一种可行的路径。在该方法中，镍泡沫（NF）被浸入含有Fe(NO?)?·9H?O、Na?S?O?·5H?O和植酸的混合溶液中。值得注意的是，Na?S?O?·5H?O在水溶液中能够分解出丰富的硫物种，并调节溶液的pH值为弱碱性，从而提供充足的OH?离子。同时，Fe3?能够自发地蚀刻NF中的镍金属，形成自由的Ni离子，这一过程由Na?S?O?驱动。这一过程不仅有助于构建具有特定结构的S-NiFeP纳米片，也为后续的铂量子点沉积提供了稳定的载体环境。

在实验过程中，我们发现，铂量子点的沉积不仅改变了S-NiFeP纳米片的表面结构，还对其晶格参数产生了显著影响。通过调控电沉积参数，可以实现对铂量子点尺寸和分布的精确控制，从而进一步优化S-NiFeP纳米片的压缩应变程度。这一发现为理解量子点与载体之间的相互作用提供了新的视角，并为后续的电催化性能优化提供了理论依据。

本研究的创新点在于首次明确指出，量子点不仅可以通过传统的金属-载体相互作用机制影响催化性能，还可以通过诱导载体晶格应变的方式实现更深层次的性能优化。这种晶格应变的调控作用在电催化反应中发挥着关键作用，使得材料在不同反应条件下表现出优异的催化性能。通过深入研究这一机制，我们发现，压缩应变能够有效促进d带中心的偏移，并降低反应能量壁垒，从而优化催化反应的效率。

此外，本研究还揭示了铂量子点与S-NiFeP纳米片之间的协同作用。通过DFT计算，我们发现，Pt@S-NiFeP/NF电极在碱性HER和OER过程中表现出独特的活性位点机制。具体而言，该电极符合Fe-Pt双活性位点机制，即铂和铁共同作为活性位点参与反应。而在OER过程中，Fe活性位点则成为主要的活性位点。这种双活性位点机制不仅提高了催化效率，还增强了电极的稳定性。

本研究的成果表明，通过精确控制量子点的尺寸和分布，可以实现对载体晶格应变的优化，从而显著提升电催化性能。这一发现不仅为贵金属量子点负载电极的设计提供了新的理论支持，也为该技术在高电流密度下的实际应用奠定了基础。我们相信，这一研究将对未来的电催化材料开发产生深远影响，并为氢能源的可持续发展提供新的解决方案。

在实际应用中，Pt@S-NiFeP/NF电极表现出优异的催化性能，这使其成为替代传统贵金属电极的有力候选者。相比商业Pt/C电极，Pt@S-NiFeP/NF电极不仅具有更低的过电位，还具备更高的电流密度，这表明其在实际应用中具有更高的经济性和可行性。此外，Pt@S-NiFeP/NF电极在高电流密度下的稳定性能也值得肯定，这为其在工业化中的应用提供了保障。

本研究不仅从理论上揭示了量子点对载体晶格应变的调控作用，还通过实验验证了这一作用对电催化性能的影响。通过系统研究，我们发现，量子点的加载和分散不仅影响了载体的物理结构，还对其电子结构产生了深远影响。这种影响在电催化反应中尤为显著，使得材料能够更高效地进行反应，从而提升整体性能。

此外，本研究还探讨了量子点与载体之间的协同作用。通过调控量子点的尺寸和分布，可以实现对载体晶格应变的优化，从而进一步提升电催化性能。这种优化不仅体现在反应动力学的提升，还体现在电极的稳定性和耐久性方面。因此，本研究提出的“贵金属量子点@载体”模型，为未来的电催化材料设计提供了新的思路和理论支持。

总的来说，本研究通过创新性地引入晶格应变调控机制，为贵金属量子点负载电极的性能优化提供了新的路径。我们相信，这一研究将对未来的电催化材料开发产生深远影响，并为氢能源的可持续发展提供新的解决方案。通过深入研究量子点与载体之间的相互作用，我们不仅能够更全面地理解电催化机制，还能够实现对电极性能的精准调控，从而推动该技术在实际应用中的进一步发展。