海南大学CCL（李绵峰硕士一作）： 利用空位工程在Ni-Fe层状双氢氧化物（LDH）中构建受阻路易斯酸碱对，增强碱性电解水制氢催化活性

海南大学CCL（李绵峰硕士一作）： 利用空位工程在Ni-Fe层状双氢氧化物（LDH）中构建受阻路易斯酸碱对，增强碱性电解水制氢催化活性

氢气作为可再生清洁能源载体，其传统制氢方法依赖化石燃料导致污染与碳排放。电解水技术利用可再生能源产高纯氢，其中碱性析氢反应（HER）因成本低、易工业化而具潜力，但依赖铂、铱等贵金属催化剂，稀缺性及高成本制约发展。现有非贵金属催化剂（合金/氧化物/硫化物等）存在活性不足、稳定性差及合成复杂等问题。

Ni-Fe LDHs因独特的二维结构及Ni/Fe协同效应，成为高效析氧反应（OER）催化剂，但其HER性能受限于缓慢动力学。研究提出通过调控组成、结构及引入双活性位点可赋予其双功能活性，但反应机理和动力学仍不明晰。

碱性HER需克服水解离能垒，除氢吸附能外，需兼顾水吸附、活化及氢氧根吸附能。Ni-Fe LDH因金属位点丰富而具水分解潜力，但其含氧位点的作用常被忽视。通过调控氧位点与金属位点的协同作用，可优化电子结构、降低水解离能垒并提升HER活性。

受阻路易斯酸碱对（FLPs）由路易斯酸（LA）与碱（LB）通过空间位阻形成强相互作用，可活化H₂、CO₂等小分子，用于加氢、脱氢及CO₂还原等反应，已有研究人员利用AlOOH中OH缺陷构建Al³⁺（LA）与OH_v（LB）固体FLPs。

基于此，海南大学邓意达、王浩志和王杨等通过空位工程技术在Ni-Fe LDH表面氧位点创建氢氧根空位构建FLP，其中Ni作为酸性位点，去除H的氧位点作为碱性位点，提升基于Ni-Fe LDH的FLP催化剂碱性HER活性。

计算结果表明， Ni-Fe LDH中FLP (Ni-O)的成功构建，局部电荷失衡促进了水裂解，提高碱性HER性能。Ni离子与O离子的电子分布表明其具备半导体特性，功函数值为1.98 eV，易于电子发射。AIMD计算显示该材料在循环5000 fs后仍保持能量稳定，具有优异的循环稳定性。并且Ni（路易斯酸）接受水分子电子，O（路易斯碱）吸附氢离子，促进水吸附与活化，并提供稳定催化附着点。通过动力学分析，水分子在LDH-FLP和Pt(111)上的活化势垒均为1.12 eV，与BEP规则一致，说明材料具有优异的催化性能与热力学稳定性。

AIMD模拟显示，LDH-FLP-Ni表面稳定13Å水层，界面水吸附与活化为放热过程，挥发步骤可自发进行，将速率决定步骤转移至解吸阶段。

计算表明，LDH-FLP-Ni是一种稳定高效的碱性HER电催化剂，可将理论过电位降至0.485 eV。FLP(Ni-O)具备独特小分子活化能力，更有效活化水分子与质子，并优化速率决定步骤，将阻碍HER的伏尔默步骤转移至较低能障。综上，该项工作为理解FLP调控HER机理及动力学提供新视角，并为LDH材料及其他电催化材料设计优化开辟新途径。