南京师范大学 AM：焦耳加热 “点亮” 高效析氢新路径
导语
氢能作为清洁能源载体，在实现碳中和目标中占据关键地位。碱性环境下的析氢反应（HER）因能垒高、动力学缓慢，严重制约制氢速率。南京师范大学付更涛、王彧团队在《Advanced Materials》期刊发表的研究成果，提出了一种通过焦耳热技术合成负载于碳上的 C15 相 Pt2Ln IMCs（Ln：Sm，Eu，Gd 和 Tb）的有效快速途径，为突破碱性 HER 动力学瓶颈提供了全新解决方案，也为深圳中科精研在焦耳加热设备应用领域带来新思路。
研究亮点
-
创新合成 ：焦耳加热技术（300 A，12 V）15 秒内完成碳载 C15-Pt₂Ln IMCs 制备，瞬时高温促进金属前驱体还原与原子有序键合，快速淬冷抑制奥斯特瓦尔德熟化，开辟纳米级金属间化合物合成新途径。
-
性能卓越 ：JH-Pt₂Tb/C 在 10 mA cm⁻² 下过电位仅 17 mV，Tafel 斜率 46 mV dec⁻¹，质量活性为商用 Pt/C 的 2.8 倍，10,000 次循环后过电位仅增 3 mV，展现超凡电催化性能与稳定性。
-
双功能作用 ：有序 Tb 位点亲氧性利于 H₂O 吸附解离，Tb 4f-Pt 5d 轨道杂化形成带负电荷 Pt 位点，促进 H* 中间体解吸，协同提升催化效率。
图文解析
理论计算
DFT 分析揭示 Pt₂Tb(111) 晶面桥位氢吸附自由能接近火山图顶点，优于 Pt(111)。Ln→Pt 电子转移使 Pt 表面富电子，Pt-5d 轨道变化削弱 Pt-H 结合。有序 Pt₂Tb 的 Pt₂ 二聚体位点提供更优 H 脱附位点，几何与电子效应协同优化活性。
焦耳加热合成
针对 Ln 元素合成挑战，焦耳加热技术 15 秒内完成碳载 C15-Pt₂Ln IMCs 制备。峰值温度 1500°C，快速升降温，促进金属前驱体还原与原子有序键合，抑制奥斯特瓦尔德熟化。
结构与形貌表征
XRD 图谱匹配 C15-Pt₂Ln 标准卡，有序度达 95.8%。TEM 图像显示 Pt₂Tb 颗粒均匀分散，粒径 8.3 nm。HAADF-STEM 证实 Pt/Tb 原子交替排列，EDS 面扫显示元素均匀分布，验证高纯度 C15 相结构。
电子结构与配位
XPS 谱图证实 Ln→Pt 电子转移，XANES 谱揭示 Pt 负价态。EXAFS 拟合显示 Pt-Pt 键长变短，Pt-Tb 发生轨道杂化，配位数 5.4，进一步确认有序金属间结构与强轨道杂化。
电催化与 AEMWE 应用
JH-Pt₂Tb/C 在碱性 HER 测试中过电位低，稳定性高。AEMWE 全电池测试表明，其在 1 A cm⁻² 电流密度下槽电压仅 1.79 V，稳定运行超 100 小时，能耗达工业级标准。
原位表征
原位拉曼光谱显示 JH-Pt₂Tb/C 促进界面水解离。DFT 计算证实 Pt₂Tb(111) 水解离能垒低，Tb 位点 OH 吸附能优于 Pt 位点。PDOS 分析揭示 Tb 4f 轨道与 OH 杂化，双功能机制协同突破碱性 HER 动力学瓶颈。
总结与展望
该研究通过焦耳加热技术成功制备 C15 相铂 - 稀土金属间化合物，揭示稀土元素提升碱性 HER 性能的关键作用。JH-Pt₂Tb/C 催化剂性能优异，基于它的 AEMWE 在工业氢能生产中极具潜力。该工作提供简便的 Pt-Ln IMCs 合成方法，深化对稀土元素电催化作用的理解，为设计高效稀土基催化剂提供重要参考。未来可探索其他稀土元素，并拓展其在多相催化反应中的应用。
深圳中科精研作为焦耳加热设备的专业制造商，其设备在材料合成领域表现出色。中科精研的焦耳加热设备采用先进设计和工艺，实现快速均匀加热，精确控制温度和时间，为科研和工业生产提供可靠支持。设备在高效催化剂合成等需精准热处理的制备过程中展现出卓越性能，且操作简便、安全稳定，适用于多种材料体系。同时，中科精研可提供定制化解决方案，满足不同客户需求，助力材料研发与生产，推动科技创新和产业升级。