近日，郑州大学化学学院刘仲毅教授团队依托国家超级计算郑州中心“嵩山”超级计算机的强大算力，在制备高性能析氢反应催化剂方面取得了重要进展，相关成果以《High-dispersed ruthenium sites on copper phosphide/graphene for electrocatalytic hydrogen evolution in acidic and alkaline conditions》为题在国际著名杂志《Applied Catalysis B: Environmental》上发表，并对国家超级计算郑州中心致谢。论文第一作者为郑州大学化学学院博士生杨朵，刘仲毅教授、青年教师杨敬贺和杨永鹏为共同通讯作者。

目前，高效率的商业析氢反应（HER）催化剂大多是传统的贵金属（Pt，Pd），其昂贵的成本和较低的储量限制了规模化应用。因此，开发价格低廉、储量丰富、活性高、稳定性好的HER催化剂具有重要的研究意义。

该团队采用水热法和高温氢气还原两步相结合的方法，成功制备了Cu@Cu₃P-Ru/CCG-500~700系列纳米材料。通过改变还原温度，探索了催化剂的最佳还原温度为500°C。AC-HAADF-STEM和Ru K-edge XAFS测试结果表明Cu@Cu₃P-Ru/CCG-500中的Ru以单原子的状态同时分布在Cu₃P和石墨烯上。Cu@Cu₃P-Ru/CCG-500在碱性和酸性条件下均表现出优异的HER催化性能，在电流密度为10 mA cm^-2时，过电位仅为32.97 mV（1 M KOH）和102.52 mV（0.5 M H₂SO₄），对应的Tafel斜率分别为66.40 mV dec^-1（1 M KOH）和63.00 mV dec^-1（0.5 M H₂SO₄）。理论计算结果表明，石墨烯上Ru 单原子促进了H与水反应生成H₂，而Cu₃P上的Ru单原子促进了H₂O的解离。

图1 Cu@Cu₃P-Ru/CCG-500的Ru K-edge（a）XANES光谱，（b）FT-EXAFS光谱和（c）EXAFS拟合曲线，(d) Cu@CuP₃-Ru/CCG-500，(e) Ru foil和 (f) RuO₂的WT-EXAFS谱.

图2（a，b）Cu₃P、Ru₁-Cu₃P和Ru₁-P₄上HER过程的相对反应能垒图