来源：X-MOL
电解水制氢技术具有经济、清洁、环境友好等重要优势，是未来能源转化与供应的重要途径。作为电化学水分解的重要半反应，阴极析氢反应（HER）已成为制备绿氢的重要方法。目前开发一种能够在整个pH范围内高效稳定工作以适应质子浓度变化的催化剂是目前科学界的研究重点。尽管铂基催化剂被认为是最理想的HER催化剂，然而由于铂的耐用性差、稀缺性和成本高，严重阻碍了其在电化学反应中的大规模应用。只有通过合理设计提高铂基催化剂的利用效率与稳定性才能够突破目前HER催化剂设计的瓶颈。最近的研究表明，优化负载材料的组分可以有效提高铂基催化剂的电催化活性。高熵合金（HEA）通常含有五种以上元素，其组成和结构多样性能够对催化剂表面进行定向调控从而实现高效的电化学转化。近年来，高熵金属氧化物（HEO）因其独特的物理和化学性质已成为备受关注的电催化材料。然而，目前高熵金属氧化物催化剂在电催化领域仍面临各种挑战，包括对构型熵和复杂反应机理仍然知之甚少，并且这类材料在酸性环境中容易遭受腐蚀。其中稀土氧化物被广泛用作催化载体，但通过结合金属-载体相互作用、高熵效应和缺陷等多重因素提高催化界面活性的研究尚未见报道。
香港理工大学黄勃龙教授（点击查看介绍）与南开大学杜亚平教授（点击查看介绍）团队通过合作首次通过溶剂还原辅助高温煅烧的方法制备了一系列具有丰富缺陷的稀土高熵氧化物，并将其用作载体负载铂纳米颗粒，适用于宽pH范围内的电催化产氢。这项工作系统地研究了稀土元素、铂纳米颗粒和氧化物氧空位之间相互作用所引起的独特电子调控。具有丰富表面缺陷的稀土高熵氧化物不仅可以稳定负载在表面上的铂纳米颗粒，而且对铂纳米颗粒的电子结构具有显著的优化作用。针对析氢反应，所制备的Pt-(LaCeSmYErGdYb)O 催化剂在 0.5 M H2SO4、1.0 M KOH 和 1.0 M 磷酸盐缓冲溶液中实现 100 mA cm-2的电流密度仅需12、57 和 77 mV的过电位。此外，稀土高熵氧化物负载的铂纳米颗粒具有优异的耐腐蚀性，于0.5 M H2SO4中可以在400 mA cm-2下稳定工作100 小时，并且在温度为 60 °C的情况下工作电流没有明显衰退。理论计算表明，稀土高熵氧化物不仅能提供高效的电子转移，还能使铂的d带中心下移，因此在不同pH环境下都具有最佳的质子吸附强度从而保证快速析氢。此外，稀土元素的 f 和 d 轨道构建了快速电子转移路径，并稳定了析氢过程中铂的价态，从而保证高电催化活性，并降低析氢的能垒。该研究工作证明了稀土高熵氧化物作为负载材料能够实现宽pH范围下普适性的高效析氢催化，为未来进一步提升铂基纳米催化剂的性能提供了重要的突破方向。