近日，我院付更涛教授、王彧教授合作在稀土增强电催化领域取得重要研究进展，相关成果以“C15-Phase Platinum-Lanthanide Intermetallics for Efficient Hydrogen Evolution: Identifying Lanthanide's Enhanced Mechanism” 为题发表在Advanced Materials上（IF=27.4）。本工作是在近期工作积累的基础上（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202415306；Angew. Chem. 2023, 62, e202314565；Adv. Mater. 2023, 35, 2302462; Adv. Mater. 2022, 3, 2206540; Energy Environ. Sci., 2025, 18, 4276; Energy Environ. Sci., 2023, 16, 5500）对稀土功能材料的结构设计与电催化增强机制方面取得的又一项重要研究成果。

电催化水裂解作为一种前景广阔的绿色制氢技术，已受到广泛关注。阴离子交换膜水电解（AEMWE）因其高制氢效率、低腐蚀性以及良好的成本效益而脱颖而出。然而，其碱性析氢反应（HER）因涉及额外的水解离步骤而动力学较慢，需要高效催化剂来加速反应进程。尽管传统的铂碳（Pt/C）催化剂性能优异，但其有限的寿命和高昂成本限制了应用。因此，开发兼具高催化活性和低铂含量的先进Pt基催化剂，对推动AEMWE的大规模商业化至关重要。目前，PtM金属间化合物 (M=Fe，Co，Ni等 )被视为商业化Pt/C的潜在替代品。然而，传统3d过渡金属对Pt的电子结构的调制能力有限，且通常缺乏有效的界面水吸附/解离位点。为此，本工作将目光转向镧系元素（Ln），其具有较低的电负性及独特的4f轨道电子，能通过4f-5d轨道杂化对Pt位点进行更强烈的电子调控。Ln优异的亲氧性可作为高效的界面水吸附/解离位点，从而提升碱性HER动力学。然而，镧系元素强亲氧性和极负还原电位，使得Pt-Ln金属间化合物的合成面临巨大挑战。

基于此，我校化科院付更涛教授、王彧教授合作提出了一种快速且高效的合成方法，利用快速焦耳加热技术合成了系列碳载C15相Pt-Ln金属间化合物（JH-Pt2Ln/C）。与商业化Pt/C和JH-Pt/C相比，JH-Pt2Ln/C的碱性HER电催化活性显著提高。其中，JH-Pt2Tb/C具有最佳的HER性能，在10 mA cm⁻⟡时的过电位仅为17 mV，且具有出色的电催化稳定性。有序Pt2Tb提供了有利于H*中间体解吸的Pt2位点，而非无序的Pt2Tb和纯Pt中的Pt3位点。以最优的JH-Pt2Tb/C为例，通过原位表征和理论计算探究了有序Ln位点在提高碱性HER催化活性中的关键作用。结果表明，有序的Tb位点在HER过程中起双功能作用：i) Tb原子的亲氧性通过Tb-4f-OH键合促进了H2O的吸附/解离，从而加速了Volmer步骤；ii) Tb 4f和Pt 5d轨道之间的强杂化有效改变了Pt的电子结构，加速HER过程中H*中间体的吸附重整。此外，在AEMWE中用作阴极时，JH-Pt2Tb/C电极在1 A cm⁻⟡时仅需1.79 V的低电压，并且能够在该电流密度下稳定运行超过100小时，展现出巨大的应用潜力。

该文章第一作者为2024级博士研究生严威、2022级硕士研究生牟一敏以及2021级博士研究生李梦，我校付更涛教授与王彧教授为本文的通讯作者。南京师范大学为第一单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省新型动力电池重点实验室、生物医用功能材料国家地方联合工程研究中心和江苏省高等学校重点学科建设资助项目的支持。

文章链接: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202506936