近日，貴州師范學院貴州省納米材料模擬與計算重點實驗室鄧明森副教授和中國科學技術大學熊宇杰教授、江俊教授課題組共同完成的電催化析氫材料設計工作《電催化析氫材料設計取得突破性進展：Less is more》發表在化學頂級期刊《Angewandte Chemie》（德國應用化學雜志）（http://dx.doi.org/10.1002/anie.201406468）。
鄧教授等人將“少即多”的理論借鑒于材料領域。眾所周知，氫能具有非常高的能量密度和極低的環境污染，對于潔凈能源的利用開發是至關重要的。電催化析氫反應是在金屬電極表面放氫腐蝕的陰極過程，是在可逆氫燃料電池中產氫的重要過程。金屬鉑是該系列反應中最具催化活性的金屬材料，然而其高成本促使人們一直在尋找降低鉑用量的方法。迄今為止，業界還未能開發出降低鉑用量且保持高電催化活性的技術。
研究人員通過理論模擬方法研究金屬鉑和鈀的界面，發現此兩種金屬功函數的差異會導致金屬鉑表面產生極化作用，從而在其表面聚集負電荷，有利于促進析氫反應的發生。進一步尺寸依賴性研究表明，該極化作用隨著鉑層厚度的增加而減弱，因此可以通過鉑層厚度控制來調控電催化析氫性能。基于該發現，研究人員設計了一類鉑-鈀-石墨烯疊層復合結構，并發展了鉑層厚度精準控制的合成方法，制造出一系列鉑層可調的復合結構。正如理論模擬所預計，該系列復合結構在電催化析氫反應中展現出可調變的性能，當鉑層厚度控制在4個原子層范圍內時達到性能最高值，其-300 mV電壓下的電流密度791 mA cm-2和塔菲爾斜率10 mV decade-1遠優于目前商用的鉑碳電極材料。該突破性進展使得業界將能夠在降低金屬鉑用量的同時極大地提高電催化析氫活性，為開發低成本、高性能電催化材料鋪平了道路。該研究發現有助于加深人們對復合結構材料中電荷極化行為和機制的認識，也對復合結構電催化劑的理性設計具有重要推動作用，大大提升了貴州省在該學科領域的學科水平。
貴州省納米材料模擬與計算重點實驗室是貴州省科技廳2011年投入150萬元建立的省級重點實驗室，旨在針對國家關于精準量子調控科學前沿以及本省在新材料新能源方面的戰略需求，開展微尺度材料學科前沿研究，達到在物質科學領域具備持續創新能力。通過近幾年科技廳的平臺搭建以及項目扶持，已經建成了高性能計算集群建設，逐步達到國內同類實驗室先進水平，在分子-納米電子學、光催化與納米催化、表界面物理與化學等領域初步顯露較佳水平。
