在全球能源转型的紧迫形势下，寻求可持续且高效清洁能源的生产技术已变得势在必行。氢能作为一种清洁能源，对实现碳中和、促进低碳转型具有重要意义。电催化水分解作为一种极具前景的绿色制氢途径，能够将电能高效转化为氢能以进行储存。这一过程主要包括氢的析出反应（HER）和氧的析出反应（OER）。HER作为电催化水分解中的关键步骤，与电催化制氢的整体效率密切相关。开发先进的HER电催化剂，对于提高整体水分解效率至关重要。

近日，新疆大学许贯诚教授和张丽教授团队通过静电纺丝、浸渍结合原位热解策略，成功在煤基碳纳米纤维上制备出碳包覆的RuNi/Ni异质结纳米颗粒（RuNi/Ni@C-CNF）。在实现了金属纳米颗粒的高度分散的同时实现了颗粒外层碳的石墨化。此外，封装碳有效地限制了金属颗粒的聚集，并且保护金属活性位点免受碱性电解液的（电）化学腐蚀。这项工作为碳封装异质结碱性催化剂的设计提供了新的思路。

相关研究内容以“In Situ Formed Carbon-Encapsulated RuNi Alloy and Ni Heterointerface as an Efficient HER Electrocatalyst for Alkaline Water Splitting”为题目发表于期刊《Small》上。

图1：RuNi/Ni@C-CNF催化剂的制备过程及微观结构表征。

图2：RuNi/Ni@C-CNF催化剂的的键价和配位结构。

在本研究中，通过静电纺丝、浸渍和原位热解的策略，在煤基碳纳米纤维上构建了RuNi/Ni异质结纳米颗粒。透射电子显微镜（TEM）图像显示纳米粒子的外层被原位形成的相对较薄的石墨碳层所包裹。金属纳米粒子能够促进碳原子的迁移和重新排列，这有利于石墨结构的形成。此外，原位形成的碳层通过空间约束效应起到了关键的形态稳定作用，能够有效抑制奥斯特瓦尔德熟化引起的颗粒聚集，从而确保了活性位点的高度分散以及催化的稳定性。

图3：RuNi/Ni@C-CNF催化剂的碱性析氢性能。

图4：RuNi/Ni@C-CNF催化剂的全水解性能及AEM器件测试。

图5：RuNi/Ni@C-CNF催化剂的HER机理分析。

RuNi/Ni@C-CNF 在1 M KOH电解液中表现出出色的HER活性。在10 mA cm-2的电流密度下，其过电位为9 mV，并且在300 h内表现出良好的稳定性。同时，使用RuNi/Ni@C-CNF在组装的电解槽中同时充当阴极和阳极，该系统仅需1.49 V的电池电压就能达到10 mA cm-2的电流密度。引入RuNi后，不仅促进了Ni位点的水解离过程，而且还充当了H*的吸附位点，从而优化了H*的吸附。此外，包覆的碳层有效地限制了金属颗粒的聚集，并通过碱性电解液保护金属活性位点免受（电）化学腐蚀。这项工作为设计碳封装的异质结构HER催化剂提供了新的思路。这有助于推动通过电解水实现高效制氢技术的实际应用进程。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202506911

人物简介：

许贯诚，新疆大学化学学院教授，博士生导师。新疆维吾尔自治区杰出青年，主要从事纳米电催化剂、碳材料、锌空气电池方面的研究。以第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Chem. Eng. J., Small, ACS Sustain. Chem. Eng., Inorg. Chem.等发表SCI收录学术论文100余篇，主持国家级和省部级科研项目12项。作为主要参与人获2015年新疆维吾尔自治区科学技术进步一等奖，2023年国家级教学成果奖二等奖。

张丽，新疆大学化工学院教授、博士生导师，任党委副书记、纪委书记。2010年于北京大学化学与分子工程学院获得理学博士学位。长期从事能源催化材料设计和反应机理研究。近年来，主持国家自然科学基金、自治区科技创新领军人才后备人选天山雪松项目、自治区重点实验室开放课题等；在化学类重要学术刊物（Adv. Funct. Mater., Chin. J. Catal., Chem. Eng. J., Small, J. Mater. Chem. A, Nano Res., J. Colloid Interf. Sci., Inorg. Chem.等）发表一系列学术论文，获得多项授权专利。