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鉑族金屬(PGMs)是目前廣泛用于催化分解水反應的活性材料，但PGMs的大規模應用和相關能源技術(如氫燃料電池)的發展受到這些貴金屬的高成本和低儲量的極大限制。因此，人們正在努力提高PGMs的質量活性和降低其在材料中的負載量。在納米催化劑中引入高密度孿晶是通過調節局域電子結構和配位環境來提高PGM催化劑質量活性的有效途徑。

一般來說，孿晶高度依賴于層錯能，并通過液相合成或特殊處理方法來實現。由于低的層錯能，在Au和Ag基納米催化劑中可以容易地制備高密度孿晶。相比之下，鉑(Pt)和銥(Ir)具有大的堆垛錯誤能，制備孿晶Pt和Ir納米晶體將消耗更多的能量。因此，通過傳統的液相或動力學控制合成有效地孿晶Pt/Ir納米催化劑仍然是一個巨大的挑戰。

近日，香港城市大學呂堅課題組提出了基于圖靈結構的高度孿晶化Pt和Ir納米催化劑的設計原則，通過對超薄M-Al薄膜(M= Pt、Ir和Ag)的選擇性刻蝕，制備出了具有高密度孿晶界的圖靈型納米網絡。扭曲的Pt/Ir納米條通過分叉相互交叉形成迷宮圖靈型圖案，這些構型促進了大量Pt和Ir位點的暴露，從而產生了大的電化學活性表面積。

同時，密度泛函理論(DFT)計算表明，孿晶邊界上的反應位點能優化電子結構，降低水解離的能壘，加速反應的動力學。因此，該策略耦合了幾何拓撲優化和高密度孿晶邊界，為HER和OER提供高質量的活性。

電化學性能測試結果顯示，在為10 mA cm^?2時，圖靈Pt納米網的HER過電位為25.6 mV，并且在過電位為100 mV處質量活性為4.51 A mg^-1_Pt，是20wt% Pt/C(0.30 A mg^-1_Pt)的14.8倍；以相同方式合成的雙功能圖靈Ir在10 mA cm^?2電流密度下的HER和OER過電位分別為21和246 mV，HER質量活性增加11.7倍(與Ir/C相比)和OER質量活性增加17.9倍(與IrO_x相比)。

此外，利用圖靈Ir催化劑組裝的陰離子交換膜(AEM)水電解槽在500 mA cm^?2時具有良好的催化活性和100 h的長期穩定性。綜上，圖靈構筑與孿晶工程相結合的方法為納米催化劑的活化提供了一種新的策略，這有助于促進清潔能源的可持續發展。

Twinning engineering of platinum/iridium nanonets as turing-type catalysts for efficient water splitting. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.3c12419

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