氮掺杂多孔碳气凝胶负载铂纳米颗粒通过电子相互作用实现高效碱性析氢反应

为解决碱性条件下析氢反应(HER)中铂基电催化剂水活化不足的问题，研究人员开发了三维氮掺杂碳气凝胶(NCA)负载超细铂纳米颗粒的Pt/NCA复合催化剂。该材料通过Pt与NCA间的电子相互作用优化氢吸附自由能，促进水分子吸附解离，使10 mA cm?2电流密度下的过电位降至14.2 mV，并在工业级1 A cm?2电流密度下稳定运行200小时，为实用化电解水技术提供新思路。

　　

碱性电解水制氢技术面临的核心挑战在于阴极析氢反应(HER)过程中水分子活化能垒过高。这项研究巧妙利用三维氮掺杂碳气凝胶(N-doped carbon aerogel, NCA)作为载体，通过其丰富的缺陷结构实现了超细铂(Pt)纳米颗粒的均匀负载。氮原子的引入在Pt与NCA界面引发强电子相互作用，促使电子从Pt向NCA转移，不仅优化了氢中间体(H*)的吸附自由能，更显著提升了水分子吸附解离效率。

实验数据显示，这种Pt/NCA复合催化剂在10 mA cm^?2电流密度下的过电位仅14.2 mV，较传统Pt/CA体系性能显著提升。更令人振奋的是，采用该阴极的阴离子交换膜电解槽在60°C条件下，能以1.71 V电压实现工业级1 A cm^?2的高电流密度，并保持200小时以上的稳定运行。这项工作通过精准调控金属-载体异质界面电子结构，为突破碱性HER动力学限制提供了创新解决方案，对推动电解水制氢技术实用化具有重要指导意义。