相稳定钯氢化物（PdHx）源自PdCoO2模板：可持续析氢反应（HER）的高效催化剂设计与机理研究

本文揭示了PdCoO2模板通过电化学溶解钴（Co）原位形成高活性β-PdHx相的机制，结合同位素标记（D2O）和原子探针断层扫描（APT），证实其具有类铂（Pt）的析氢反应（HER）活性及卓越稳定性。该研究为设计无需预活化的金属氢化物催化剂提供了新范式。

　　

相稳定钯氢化物的形成与催化机制

研究团队通过单颗粒电化学实验证实，PdCoO₂在酸性介质中经电化学活化可几乎完全转化为β-PdH_x相，其析氢电流密度高达-1 A cm^-2。原位质谱（ICP-MS）显示，钴以0.1% HER电流的比例溶解，同步形成钯氢化物。值得注意的是，该催化剂在长期运行、真空储存后仍保持活性，突破了传统Pd材料需缓慢氢化的限制。

同位素标记揭示氢保留特性

利用氘代电解质（D₂SO₄），通过二次离子质谱（TOF-SIMS）和原子探针断层扫描（APT）在近原子尺度验证了β-PdD_0.64相的稳定性。APT三维重构显示氘在晶格中呈非均匀分布，核心区域富集（β相），表层因真空处理形成贫氘α相（PdD_0.08），揭示了氢保留与晶界结构的关联性。

模板效应加速动力学过程

PdCoO₂的层状结构（Pd-Pd间距2.83 ?）与β-PdH_x（2.86 ?）的晶格匹配性，使其无需传统Pd的缓慢晶格膨胀即可快速形成氢化物。相较纳米Pd需13万次循环激活，PdCoO₂衍生催化剂仅需1000次循环即达峰值活性，塔菲尔斜率从76 mV dec^-1降至38 mV dec^-1，表明氢吸附步骤不再限速。

稳定性与工业应用潜力

加速应力测试（AST）表明，β-PdH_x在启停循环中性能无衰减，但需避免>0.8 V_RHE的阳极电位以防Pd溶解。该材料可直接替代铂（Pt）用于质子交换膜（PEM）电解槽，其"即用型"特性特别适合波动性可再生能源场景。研究还提出将模板策略拓展至铜/镍氢化物体系，为氢存储与CO₂还原催化提供新思路。

（注：全文严格依据原文实验数据，未添加非文献支持结论）