本网讯（通讯员 刘虎森）近日，材料科学与工程学院师生在氢能催化研究领域取得重要进展，相关成果以“Engineering non-interfacial hydrogen spillover in a Ni₁₇W₃-WO₂ heterostructure”为题发表在国际著名期刊《自然·通讯》（Nature Communications, IF: 15.7）上。该研究提出了应变梯度工程这一通用设计策略，成功在非贵金属异质结催化剂中实现了高效的“非界面氢溢流”，为低成本、高性能电催化剂的理性设计开辟了新路径。

武汉工程大学为论文第一单位，材料学院彭祥教授和四川大学孙旭平教授为共同通讯作者，材料学院博士研究生谢松为论文第一作者，该院熊礼威教授为共同作者。

随着全球对可持续能源需求的日益迫切，绿色氢能成为实现碳中和目标的关键载体。质子交换膜电解水制氢技术因其高效、响应快等优势备受关注。然而，该技术高度依赖稀缺昂贵的铂族金属催化剂，严重制约了其大规模工业应用。非贵金属催化剂虽成本低廉，却普遍存在一个难以逾越的“氢吸附-脱附”悖论：它们对氢的吸附过强，导致产物氢气难以脱附，反应动力学迟缓。氢溢流效应被视为破解这一瓶颈的有效策略，但传统溢流机制依赖氢原子跨越不同物相界面传递，界面处存在的电子势垒与结构不稳定性，始终制约着催化效率的提升。

针对上述挑战，研究团队提出了一种全新的设计思路：在单一物相内部构建高效的氢迁移通道，彻底规避界面传递瓶颈。团队通过原位相重构方法，成功构筑了由Ni₁₇W₃合金相与WO₂氧化物相组成的异质结催化剂。

研究发现，异质界面晶格失配在Ni₁₇W₃相内部形成连续变化的应变场，为氢原子定向迁移提供了内部驱动力；同时界面处电子从Ni₁₇W₃向WO₂定向转移，精准优化活性位点的氢吸附能。通过这两种效应的协同作用，氢原子的吸附、迁移与脱附被完整地限制在Ni₁₇W₃单相内部，形成了一条不跨界面的氢迁移路径，从根本上规避了传统异质结催化剂的界面能量损失。

研究团队通过原位拉曼光谱、动力学同位素效应等多种表征手段验证了这一机制。其中，原位拉曼光谱直接捕捉到了氢原子在Ni₁₇W₃相内迁移的动态过程，为上述机制提供了坚实的实验证据。在质子交换膜电解槽全电池中，Ni₁₇W₃–WO₂催化剂展现出与商业铂碳催化剂相当的性能，在500 mA cm^-2工业级电流密度下，连续稳定运行超过1500小时，具有良好的工业应用前景。

团队进一步将这一设计策略拓展至Co-W合金体系，成功合成了Co_0.87W_0.13–WO₂异质结。该材料同样表现出非界面氢迁移的关键动力学特征，验证了应变梯度工程作为通用设计原则的普适性。

谢松是武汉工程大学自主培养的本硕博学生，他长期聚焦于电催化剂表界面调控与反应机理研究。在校期间，以第一作者身份在能源材料化学领域知名期刊发表了多篇论文。此次由熊礼威与彭祥教授的指导，在《自然·通讯》发表的研究成果是他在博士阶段研究工作的又一重要突破。从本科阶段打下扎实基础，到博士阶段在国际著名期刊持续产出高水平成果，谢松的成长轨迹是学校拔尖创新人才培养的一个缩影。

该论文的发表也是该研究团队在非贵金属电催化领域长期深耕的成果之一。未来，团队将进一步聚焦电催化制氢领域的关键科学问题，加快基础研究成果向实际应用转化，持续服务国家能源战略与绿色低碳发展的重大需求。（审稿 邓欢）