近日，貴州師范學院貴州省納米材料模擬與計算重點實驗室鄧明森副教授和中國科學技術(shù)大學熊宇杰教授、江俊教授課題組共同完成的電催化析氫材料設(shè)計工作《電催化析氫材料設(shè)計取得突破性進展：Less is more》發(fā)表在化學頂級期刊《Angewandte Chemie》（德國應(yīng)用化學雜志）（http://dx.doi.org/10.1002/anie.201406468）,并將被期刊以封底的形式加以介紹。
       “Less is more”是著名建筑師米斯?凡德洛說過的一句話，這種“少即多”的設(shè)計理念是提倡形式簡單而反對過度浮華，認為簡單的東西往往帶給人們更多的享受。鄧教授等人將這一理論借鑒于材料領(lǐng)域。眾所周知，氫能具有非常高的能量密度和極低的環(huán)境污染，對于潔凈能源的利用開發(fā)是至關(guān)重要的。電催化析氫反應(yīng)是在金屬電極表面放氫腐蝕的陰極過程，是在可逆氫燃料電池中產(chǎn)氫的重要過程。金屬鉑是該系列反應(yīng)中最具催化活性的金屬材料，然而其高成本促使人們一直在尋找降低鉑用量的方法。迄今為止，業(yè)界還未能開發(fā)出降低鉑用量且保持高電催化活性的技術(shù)。
        貴州省納米材料模擬與計算重點實驗室是省科技廳2011年投入150萬元建立的省級重點實驗室，旨在針對國家關(guān)于精準量子調(diào)控科學前沿以及我省在新材料新能源方面的戰(zhàn)略需求，開展微尺度材料學科前沿研究，達到在物質(zhì)科學領(lǐng)域具備持續(xù)創(chuàng)新能力。通過近幾年科技廳的平臺搭建以及項目扶持，已經(jīng)建成了高性能計算集群建設(shè)，逐步達到國內(nèi)同類實驗室先進水平，在分子-納米電子學、光催化與納米催化、表界面物理與化學等領(lǐng)域初步顯露較佳水平。
        此次，研究人員針對該瓶頸，通過理論模擬方法研究金屬鉑和鈀的界面，發(fā)現(xiàn)此兩種金屬功函數(shù)的差異會導(dǎo)致金屬鉑表面產(chǎn)生極化作用，從而在其表面聚集負電荷，有利于促進析氫反應(yīng)的發(fā)生。進一步尺寸依賴性研究表明，該極化作用隨著鉑層厚度的增加而減弱，因此可以通過鉑層厚度控制來調(diào)控電催化析氫性能?；谠摪l(fā)現(xiàn)，研究人員設(shè)計了一類鉑-鈀-石墨烯疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)，并發(fā)展了鉑層厚度精準控制的合成方法，制造出一系列鉑層可調(diào)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。正如理論模擬所預(yù)計，該系列復(fù)合結(jié)構(gòu)在電催化析氫反應(yīng)中展現(xiàn)出可調(diào)變的性能，當鉑層厚度控制在4個原子層范圍內(nèi)時達到性能最高值，其-300 mV電壓下的電流密度791 mA cm-2和塔菲爾斜率10 mV decade-1遠優(yōu)于目前商用的鉑碳電極材料。該突破性進展使得業(yè)界將能夠在降低金屬鉑用量的同時極大地提高電催化析氫活性，為開發(fā)低成本、高性能電催化材料鋪平了道路。該研究發(fā)現(xiàn)有助于加深人們對復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中電荷極化行為和機制的認識，也對復(fù)合結(jié)構(gòu)電催化劑的理性設(shè)計具有重要推動作用，大大提升了我省在該學科領(lǐng)域的學科水平。