近日，受英國皇家化學會materials horizons期刊執行主編michaela muehlberg的邀請，我校張博威副教授等發表了題為“strain engineering of electrocatalysts for hydrogen evolution reaction”的綜述論文，系統總結了電解制氫領域的應變工程最新研究進展并作出展望。

氫能，作為一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源，是未來構建以清潔能源為主的多元能源供給系統的重要載體，其開發與利用技術已成為新一輪世界能源技術變革的重要方向。電解水制氫被視為實現“雙碳”目標的必由之路。提高析氫電極的轉換效率是當務之急。

應變工程作為一種有效的材料調控手段，在優化催化電極的產氫性能方面發揮著關鍵作用。相比于其他結構調控工程策略，應變工程實施成本低且操作簡單，有望極大降低電極制造成本及制氫電耗。然而，當下應變工程應用于析氫領域的研究仍處于起步階段，在應變效應解耦、理論機理等方面尚未有系統認識，在實際生產制造中也存在諸多問題和難點，為該技術的后續發展帶來了挑戰。

圖片說明：近年來應變工程研究趨勢分布

本論文立足多學科交叉，一方面系統總結了應變引入的策略，采用電子顯微與光譜相結合的原位表征技術，實現對應變-結構調控機理的深入分析；另一方面通過討論應變效應對納米多金屬、二維非貴金屬和單原子催化材料的析氫性能影響，提出了應變工程在提高析氫催化電極性能方面的顯著作用，重點報道了其對于催化電極電子結構-產氫性能之間的調控機制，為制氫電極的優化設計提供了理論基礎。

圖片說明：應變工程的引入策略、先進表征技術和析氫應用

應變工程對于催化電極產氫性能的優化，本質在于對催化電極的催化劑電子結構進行物理調控。將拉伸應變引入催化電極后，其d帶中心向費米能級遷移，電極催化層界面與吸附中間產物h/oh的相互作用增強；反之在壓縮應變下，d帶中心下移，界面與析氫中間產物相互作用減弱，對析氫性能的影響也呈現相反的影響趨勢。立足應變工程及材料物理化學調控，該工作的發表有望為跨學科析氫研究以及先進制氫電極的設計制造提供指導。

圖片說明：應變工程用于提高析氫性能的作用機制

上述研究工作主要由我校機械與動力工程學院碩士研究生茅鑫園等在張博威副教授和軒福貞教授共同指導下完成。研究工作得到了國家自然科學基金、上海市科委“碳中和”基礎研究特區和上海市海外高層次人才等項目的支持。

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d2mh01171a