谈到清洁能源的发展，永远绕不开氢气，因为其极高的能量密度、零碳排放、可再生的特点，氢气成为了目前世界各国争相发展的能源之一。尤其是近期异军突起的氢燃料电池汽车技术突破与市场推广，使得氢气的生产成为新能源产业中最重要的一环。电催化全水解也被视为最有希望的产氢技术，但其阴阳两极的催化反应材料通常是昂贵、极稀有的铂族金属（铂、铱、钌），并且电解反应仍需要的电压较高，这些因素也限制了其产业化。为了进一步提高全水解材料的催化活性，加州大学陈少伟课题组通过对铱纳米颗粒的表面进行有机修饰，制备了一种酸碱溶液中均有高催化活性与稳定性的纳米材料，并与平远课题组合作从理论上解释了其高活性的来源。该项研究工作中，团队通过简单的有机配体交换方法，将对位乙基苯乙炔、对位乙基苯硫醇、对位十二烷基苯磺酰叠氮三种有机配体“种植”在了铱纳米粒子的表面上，分别形成了Ir-C≡、Ir-S-、Ir=N-三种金属-配体界面（图1）。并且有意思的是，X射线光电子能谱与理论计算中都发现了三种纳米粒子界面会发生了程度不同的电荷转移，造成金属核有一定的电荷损失，其大小顺序为Ir=NIr-C≡Ir-S。图1.三种不同有机配体修饰的铱纳米粒子的合成路径。图片来源：ACSCatal.后续的电化学性能测试中，由对位乙基苯乙炔修饰的铱纳米粒子表现出了最佳的全水解活性，在酸碱中分别仅需要1.和1.V就能达到10mA?cm-2的电流密度，远超于商业的铱/碳催化剂（1.和1.V）（图2）。并且，在20小时的碱性全水解稳定性测试后，前者保留了约为93%的性能，远远超过商业铱/碳催化剂的76%，这种稳定性的提升在酸性介质中更加明显。图2.由对位乙基苯乙炔修饰的铱纳米粒子（红色）以及无修饰的商业铱/碳（黑色）的全水解性能对比。图片来源：ACSCatal.后续的密度泛函理论计算中发现，不同于Ir-S-和Ir=N-，Ir-C≡的界面会重构为Ir=C=C-的金属-有机共轭体系，这种体系可以提供额外的氢原子吸附位点，并且由于电荷转移对铱原子的d带电子态密度产生了影响，造成氢原子在铱表面的吸附减弱，使得原本不利于氢原子原子脱附的铱原子得到优化，最后使得阴极析氢性能得到提高。并且进一步的过渡态计算分析发现Ir-C≡界面可以降低水分解的能垒，这也解释了阳极析氧性能提高的原因。该项工作表明了金属-有机共轭结构可以有效的改变金属表面的电子结构与反应活性，体现了有机修饰界面工程对提高催化剂性能的重要性，也为未来催化剂的设计提供了一条新思路。这一成果近期发表在催化领域知名期刊ACSCatalysis上，文章的共同第一作者是彭益博士、刘启明、卢柄璋博士。原文（扫描或长按
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