在“双碳”目标的背景下，氢气作为一种清洁无污染的绿色能源，将积极推进能源结构转型，迎来全新的发展机遇。在氢气的制取、储存、运输等环节中，高效的制氢是氢循环的重要前提，以可再生能源为基础的电解水制氢是实现可持续发展的合理途径。其中，基于碱性阴离子交换膜（AEM）电解水阴极析氢（HER）由于其低设备成本和耐腐蚀性引起了研究者的广泛兴趣。事实上，AEM电解水是实现高电流密度和大规模制氢的未来发展趋势，其主要挑战是在大电流密度下，基于苛刻的反应条件诸如稳定性、快速的电子转移，设计高效、稳定的碱性HER催化体系。
Pt基材料已被证明具有适宜的氢吸附能，表现出优异的碱性HER活性。然而，考虑到Pt的稀缺性和高成本，必须减少催化剂中的Pt负载量，同时保持其高活性。解决这一挑战的常见方法是将非贵金属掺入Pt基电催化剂中实现合金化，优化其电子结构，从而调节关键中间体的吸附能。然而在实际应用中，通过添加外来金属与Pt合金化进而优化吸附能需要双位点之间的强大协同效应，往往需要大量的Pt作为主要成分，从而导致高制备成本。因此，降低Pt含量并提高Pt的原子利用率至关重要。镍（Ni）是一种储量丰富的非贵过渡金属，与Pt属于同一族，在电子结构和氢吸附能方面与Pt更接近。此外，Ni作为一种有潜力的非贵金属与Pt协同用于碱性HER，特别是通过应变效应加快其水分解动力学的报道较少，作用机制尚不明确，因此有必要在原子水平上进一步阐明其催化机制。
近日，氢气制储研究组博士研究生姚瑞提出了一种单极脉冲电沉积（UPED）锚定贵金属单原子的策略，将微量Pt单原子（0.22 wt%）引入镍晶格中发生应变。引入痕量PtSAs后，在1.0 M KOH中10 mA cm-2的过电位降低了183 mV。以PtSAsNi和商用NiFeOx组装的阴离子交换膜（AEM）电解槽仅需要1.90 V的槽压即达到1 A cm-2的电流密度，并能在280小时内稳定运行，显示出巨大的实际应用潜力。球差电镜及原位表征表明，引入痕量PtSAs会在Ni晶格中诱导拉伸应变，从而改变镍晶格周围的局部电子结构和配位环境，增强水分解动力学并从根本上改变其反应途径。这种掺杂应变策略充分展示了具有高Pt原子利用率的催化体系实现工业级电流密度析氢的构效关系，为构建高效、稳定的工业级水分解电催化剂提供新思路，扩大了贵金属Pt在未来工业制氢领域的应用前景。该论文以“Lattice strain induced by trace Pt single atoms in nickel for accelerating industrial hydrogen evolution”为题发表在期刊Journal of Energy Chemistry上。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495624004935?dgcid=author。论文第一作者为2020级博士研究生姚瑞，通讯作者为李晋平教授和刘光教授。
