由城大學(xué)者領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊，最近開發(fā)一種嶄新、極為穩(wěn)定且高效的氫氣釋放反應(yīng)（hydrogen evolution reaction，簡稱HER，又稱析氫反應(yīng)）電催化劑。

電化學(xué)HER是一種獲廣泛應(yīng)用的製氫方法，但商用的HER電催化劑一般由貴金屬製成，價格昂貴。單原子催化劑因其高活性、最大化的原子效率和最小化的催化劑用量，在催化HER應(yīng)用上大有前景，科學(xué)家對此作深入研究。然而，傳統(tǒng)單原子催化劑的製造過程過於複雜，且須用上大量能源和時間。

新的電催化劑是基於二維礦物凝膠納米片，不含貴金屬，因而可作大規(guī)模生產(chǎn)，有助於在未來降低氫氣的價格。

城大機械工程學(xué)系兼材料科學(xué)及工程學(xué)系講座教授呂堅教授領(lǐng)導(dǎo)這項研究。他說：「與其他常見的單原子基質(zhì)前驅(qū)體，如多孔框架及碳相比，我們發(fā)現(xiàn)礦物凝膠在大規(guī)模生產(chǎn)電催化劑上有極大優(yōu)勢。因為其原料容易獲得，合成過程既簡單又環(huán)保，且所需反應(yīng)條件溫和。」

實驗結(jié)果證明，新研發(fā)的催化劑電催化活性性能優(yōu)異，且耐久及極為穩(wěn)定。

團隊的科研成果已於《自然通訊》發(fā)表，題為「用於超穩(wěn)定析氫的二維礦物水凝膠衍生的單原子錨定異質(zhì)結(jié)構(gòu)」。

論文的第一作者是機械工程學(xué)系呂富聰博士。通訊作者除了呂教授，還有材料科學(xué)及工程學(xué)系副教授李揚揚博士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫李剛博士。

呂教授的團隊還取得另一突破，就是研發(fā)出一種新型析氫催化劑。

呂教授說：「研究團隊使用一種名為磁控共濺射的簡單方法，成功製作一種高效、低成本的鉑基電催化劑替代品，為這個問題找到有效解決方案。」

這種新型電催化劑基於AlMnRu（鋁、錳和釕）膜，同時具備晶態(tài)與非晶態(tài)的雙相合金納米結(jié)構(gòu)。使用雙相材料是因為每個相各具優(yōu)點：納米晶態(tài)相的局部化學(xué)不均勻性、短程有序與嚴重的晶格畸變有其可取之處，而非晶態(tài)具有大量的活性位點，且其發(fā)生析氫反應(yīng)的能源障礙更低。

呂教授解釋說：「這種鋁基合金電催化劑具有獨特的黏合狀態(tài)，小型的晶格尺寸，晶態(tài)及非晶態(tài)共存，為高效的催化提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。我們選取鋁而非貴金屬作為催化劑的主要成分，同時選取比鉑廉價的釕作為貴金屬成分。」

這項創(chuàng)新成果已發(fā)表於頂級科學(xué)期刊《科學(xué)進展》，題為「用於析氫反應(yīng)的晶體-玻璃納米結(jié)構(gòu)鋁基電催化劑」。

曾任城大博士後研究員的劉思達博士（現(xiàn)任山東大學(xué)研究員）、城大材料科學(xué)及工程學(xué)系博士生李弘坤為論文共同第一作者。通訊作者為城大呂教授、李博士，及西安交通大學(xué)吳戈教授，吳教授在城大取得博士學(xué)位。其他來自城大的研究人員包括：曾任機械工程學(xué)系博士後的周彬斌博士（現(xiàn)任深圳先進電子材料國家創(chuàng)新研究院副研究員）、材料科學(xué)及工程學(xué)系博士生鍾景及李蘭西，以及機械工程學(xué)系博士生顏陽。