电还原驱动扭曲纳米孪晶激活纯铜，实现高效析氢反应（HER）

为解决贵金属（如 Pt）稀缺昂贵的问题，研究人员开展纯铜作为析氢反应（HER）催化剂的研究。通过电还原驱动改性，纯铜在酸性电解液中工作电流密度大于 100 mA cm?2时，催化性能优于商业 Pt/C 催化剂，有望用于大规模工业应用。

　　摘要：铂（Pt）等贵金属因其出色的催化活性，成为析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction，HER）的理想催化剂。然而，贵金属的稀缺性和高成本促使研究人员探索更廉价的替代品，比如铜（Cu）。不过，铜与反应中间体的结合力较弱，导致其催化性能不佳。在本研究中，通过电还原驱动的局部结构改性，激活了纯铜的催化活性。在酸性电解液中，当工作电流密度大于 100 mA cm^?2时，改性后的纯铜析氢反应催化性能优于商业铂 / 碳（Pt/C）催化剂。激活过程分为两步：首先，利用脉冲激光烧蚀法制备多晶氧化亚铜（Cu₂O）纳米颗粒，电子显微镜观察发现其内部存在晶界；接着，将氧化亚铜颗粒电还原为纯铜，诱导产生扭曲纳米孪晶和边缘位错。密度泛函理论计算表明，这些局部结构引发高晶格应变，降低铜的配位数，增强了铜与反应中间体之间的相互作用，从而赋予催化剂优异的催化活性和稳定性。研究结果显示，低成本的纯铜有望成为大规模工业应用中极具潜力的析氢反应催化剂。