近日，我校生态环境工程技术研发中心李威特聘教授课题组联合西北工业大学陈帆教授在材料与能源领域权威期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Polarized Ru-H_xWO₃ Interface Drives Interfacial Water Restructuring for Accelerated Neutral Hydrogen Evolution”的研究论文。该论文以东莞理工学院为第一署名单位。生态环境工程技术研发中心在读硕士研究生尤鸿飞、张金为共同第一作者，李威特聘教授和陈帆教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广东省高校重点科研平台与项目的资助。

电解水制氢是发展绿色氢能的重要技术路线，但在中性条件下，析氢反应通常受到水分解动力学缓慢的显著限制，因此催化效率远低于酸性体系。与酸性条件下可直接利用质子还原不同，中性析氢首先需要经历水分子的活化与解离，这一步往往对应速率决定步骤，即Volmer步。近年来，越来越多研究表明，中性HER的反应速率不仅取决于催化剂对H*、OH*等吸附中间体的结合能力，还与电极/电解液界面附近水分子的组织状态密切相关，特别是界面水的取向方式和氢键网络结构，会直接影响O–H键极化、质子传递以及水活化效率。其中，H-down构型的界面水由于更有利于缩短质子向催化表面的传递距离、增强O–H键极化，被认为是更有利于析氢反应发生的活化水构型。然而，界面水为何能够在催化界面上形成这种更有利于反应的结构，其背后的根本驱动力仍缺乏清晰解释。针对这一关键科学问题，该研究构建了负载于氢钨青铜上的Ru单原子催化剂（Ru-H_xWO₃），系统揭示了强金属—载体相互作用（SMSI）诱导形成的极化Ru–O–W界面，能够显著调控局域界面电场和电荷分布，进而驱动第一水合层发生定向重构，富集更有利于水活化的H-down水分子构型，并有效削弱界面强氢键网络，从而显著降低Volmer步的动力学能垒，为中性条件下高效析氢提供了新的界面调控思路。

研究结果表明，Ru-H_xWO₃在中性电解液中表现出优异析氢性能：在10 mA cm⁻²下仅需14 mV过电位，在100 mV时Ru质量活性达到11.09 A mg_Ru⁻¹，并可在1 A cm⁻²下稳定运行80 h。结合operando Raman光谱、从头算分子动力学模拟和密度泛函理论计算，研究进一步证实，极化界面可驱动第一水合层由强氢键网络向更易活化的弱氢键状态演化，同时将Volmer步水解离能垒降低至0.21 eV。该工作提出了“界面极化—水合层重构—动力学加速”的机制框架，为中性析氢催化界面的精准设计提供了新的理论依据和研究思路。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75941

撰稿：尤鸿飞

一审：宋秋芳    二审：袁立竹    三审：刘倩