氢能作为一种环境友好的能源可用于替代化石燃料，电化学分解水制备氢气是获得氢能的有效方法之一。在电化学析氢领域，铂（Pt）由于其高性能和稳定性，是最有效且难以被替代的析氢反应（HER）催化剂，在氢燃料电池和很多工业催化中几乎无可替代。然而，由于铂在地壳中的储量极低，导致其成本高昂，一克铂的价格高达数百元，严重地阻碍了其大规模工业应用。因此，提高铂的催化效率对铂催化剂开发与应用至关重要。
将异质元素引入金属催化剂可以带来协同配体或应变效应，是改变金属催化剂的电子/化学性质的有效方法。但是，铂的结构和化学稳定性使该过程变得困难，通常需要高温、超高真空或物理溅射/蒸镀等苛刻的条件，对设备的高要求增加了其制备成本。此外，以上方法很难转变成大规模、低成本且商业上可行的方法。因此，开发有效的策略以精确地控制铂催化剂的电子结构十分具有挑战性。
在该项研究中，喻学锋团队揭示了黑磷对铂催化剂独特的活化作用，利用黑磷与铂之间独特的强吸附作用所自发形成的铂-磷键，有效调控了铂的电子结构。研究结果表明铂-磷键的形成，对铂纳米颗粒产生强大的协同配体效应，且该成键能力为黑磷所独有，红磷与铂就无法形成铂-磷键。铂-磷键能够促进铂催化剂的d带中心下移，从而改变电化学反应中间体的吸附自由能。通过改变黑磷烯的加入量可实现铂-磷键含量的调控，使得铂催化剂的电化学性能大幅提升。基于这种黑磷的活化作用，只需要很少量的黑磷烯，即可使得铂催化剂的电化学析氢性能提升3.5倍，且在室温条件下该反应数分钟内即可完成，这表明该铂磷催化剂具有巨大的应用价值。这项工作还为提升各种铂基催化剂的催化效率提供了新方法，对燃料电池和工业催化等领域的研究都具有重要意义。研发团队正依托合作企业兴发集团积极推动此类黑磷-金属复合催化剂的工业应用。
该项目得到国家自然科学基金、中科院前沿重点研究项目、中国博士后科学基金、深圳市基础研究布局项目等的资助。
