具有可控缺陷或應(yīng)變修飾的低維納米晶體是新興的氫能轉(zhuǎn)化和利用的活性電催化劑，但一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)仍然是由于自發(fā)結(jié)構(gòu)退化和應(yīng)變松弛導(dǎo)致的穩(wěn)定性不足。

基于此，香港城市大學(xué)呂堅(jiān)院士等人報(bào)道了一種圖靈結(jié)構(gòu)策略，通過結(jié)合高密度納米孿晶來激活和穩(wěn)定超薄金屬納米片。圖靈PtNiNb納米催化劑的質(zhì)量活性和穩(wěn)定性指數(shù)分別比商用20% Pt/C提高了23.5倍和3.1倍。

負(fù)載圖靈PtNiNb催化劑的陰離子交換膜膜電極電解槽（Pt負(fù)載量?jī)H為 0.05 mg cm-2）在工業(yè)化條件10000 A m-2的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行500 h以上，展現(xiàn)了卓越的催化穩(wěn)定性和工業(yè)應(yīng)用的潛力。

通過DFT計(jì)算，作者揭示了圖靈結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)HER活性增強(qiáng)的機(jī)制。雙金屬PtNi板的最佳氫吸附吉布斯自由能（ΔGH*為0.046 eV，Ni-Ni的橋位點(diǎn)），弱于Pt(111)板的ΔGH*，揭示了Ni摻雜對(duì)催化活性的積極貢獻(xiàn)。

PtNiNb板的其他5個(gè)活性位點(diǎn)（Nb的頂位點(diǎn)、Pt-Nb和Ni-Ni的橋位點(diǎn)、Pt-1和Ni的空心位點(diǎn)）也顯示出ΔGH*值在±0.200 eV之間，表明Nb對(duì)催化劑表面H*的吸附/解吸有有利作用。

對(duì)于PtNiNb雙板，結(jié)果表明，優(yōu)化后的ΔGH*為0.047 eV，大于PtNiNb板的最小ΔGH*。ΔGH*的減小表明反應(yīng)中間體在催化劑表面的吸附增強(qiáng)，從而減緩了H*的轉(zhuǎn)化和H2的析出。

投影態(tài)密度（PDOS）表明，對(duì)比Pt，Ni在費(fèi)米能級(jí)附近具有更高的密度，表明Ni在HER過程中可向附近原子提供更多的自由電子。

在PtNi中摻雜Nb導(dǎo)致Pt位點(diǎn)的d帶中心從-2.82 eV降至-2.94 eV。因此，Nb摻雜可抑制H*在催化劑表面的過結(jié)合，減弱H*的吸附，使ΔGH*達(dá)到最優(yōu)值。

結(jié)果表明，在PtNiNb中引入孿晶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致d波段中心從-2.94 eV上升到- 2.86 eV。此外，d-帶中心的位移可以通過晶格應(yīng)變來調(diào)整。

隨著壓縮應(yīng)變的增加，PtNiNb孿晶和Pt位點(diǎn)的d帶中心單調(diào)地向負(fù)能量方向移動(dòng)。

Turing structuring with multiple nanotwins to engineer efficient and stable catalysts for hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40972-w.