纳米和单原子催化开辟了通过水电解生产绿色氢气（H₂）的新可能性。然而，对于以与电势成比例的特征反应速率发生的析氢反应（HER ）,在原子级界面快速生成H₂纳米气泡经常会导致活性位点的堵塞。

近日，清华大学王定胜教授，Zechao Zhuang提出了一种纳米级分级分离策略，通过利用有序的三维（3D）互连的亚5 nm孔来实现几纳米的受限质量传输。

文章要点

1）具体而言，研究人员合成了两种类型的催化剂碳载体，其显示出约4-5 nm宽的二维(2D)六方(p6m)或3d立方（lm3(-)m）有序介孔（命名为2d-OMC和3d-OMC）。5 nm以下的孔与几纳米催化剂上形成的纳米气泡的尺寸完全匹配。2）研究发现，在2d-OMC中，中孔通道在长距离上彼此平行，气泡只能通过这些通道在轴向上扩散出去。但是，3d-OMC是一个纵横交错的孔隙网格，在三维空间中具有立体交叉，这类似于城市和农村地区的立体交叉连接，因此允许气泡沿着这些相互连接的通道自由移动，中断较少，整体传输速率更高。

3）在负载上超细钌(Ru)后，对于H₂，孔的3D排列在传输效率上确实优于2D系统，Ru/3d-OMC的催化活性比Ru/2d-OMC提高了两倍以上，甚至超过了大多数其他先进的HER催化剂。

这项比较研究加深了人们对水电解过程中几纳米质量传递的理解，并为如何控制它提供了一个有希望的策略。

参考文献

Zhenhui Liu, et al, Tuning Mass Transport in Electrocatalysis Down to Sub-5nm through Nanoscale Grade Separation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202212653

DOI: 10.1002/anie.202212653

https://doi.org/10.1002/anie.202212653