可再生能量轉換和存儲設備(如燃料電池和水電解槽)的應用受到越來越多的關注。然而，這些裝置中的半反應過程緩慢，需要使用Pt族金屬電催化劑以降低過電位和減少能量輸入。在所有的Pt族金屬基電催化劑中，由少數幾個原子層組成的二維金屬烯由于其獨特的表面電子性質而引起了人們的廣泛關注。受益于其亞納米厚度，材料具有豐富的表面活性位點和超高的原子利用率，這有利于減少貴金屬的使用和降低電催化劑的成本。同時，它們彎曲的形貌與石墨烯的結構相似，可以產生獨特的表面應變，從而在電催化過程中產生獨特的應變效應。

現階段，通過合金化、單原子摻雜、空腔調控等策略，可以進一步改變金屬烯的表面電子結構，從而優化其通過配體效應和系綜效應與反應中間體的結合。但是，金屬烯材料內在應變的調節在很大程度上仍然是未知的。因此，開發系統的合成方法，連續和精確地調整應變，并建立全面的應變-活性關系具有重要意義。

近日，北京大學郭少軍課題組通過碳插層Ir金屬烯上Cu²⁺的自催化還原，實現了對碳去除動力學的控制，使得能夠精細調節碳插層濃度和在寬范圍內連續調節(111)面內(?2.0%-2.6%)和面間(3.5%-8.8%)應變。所得Ir金屬烯具有獨特的析氫反應(HER)電催化性能，其電催化活性隨晶格的收縮而增強。

其中具有最小晶格常數的弱應變Ir金屬烯(w-Ir metalene)在?0.02 V_RHE時的質量活性為2.89 A mg^-1_Ir，分別是商業Pt/C和Ir/C的3.6倍和5.6倍。同時，加速耐久性試驗(ADT)顯示，w-Ir metalene在5000次CV循環之后活性幾乎未發生衰減，穩定性測試后材料的形貌和結構未發生明顯變化。

理論計算表明，隨著Ir-Ir距離的減小，碳插層Ir金屬烯的d帶中心的位移逐漸減小，導致金屬-H反鍵軌道的填充增加，從而減弱了Ir-H鍵，促進了更快的HER動力學；此外，研究發現碳摻雜對態密度(DOS)和d帶中心的貢獻可以忽略不計，表明各種碳層Ir金屬烯的HER活性的調節歸因于獨特的雙軸應變效應而不是配體效應。

綜上，該項工作強調了應變工程對增強電催化的重要意義，為高效電催化納米結構的合理設計提供了指導。

Carbon-extraction-induced biaxial strain tuning of carbon-intercalated iridium metallene for hydrogen evolution catalysis. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04236