近日，我院譚勇文教授團隊在國際知名綜合類期刊Nature Communications上發表了題為“Alloying and confinement effects on hierarchically nanoporous CuAu for efficient electrocatalytic semi-hydrogenation of terminal alkynes”的最新研究成果。湖南大學材料科學與工程學院為論文第一完成單位，博士研究生孟令虎為論文第一作者，譚勇文教授為通訊作者。

炔烴選擇性半加氫生成烯烴是合成高附加值精細化學品的重要催化反應。目前，炔烴的半加氫反應通常采用化學加氫方法，即以易燃易爆的H2為氫源對炔烴進行加氫。而電化學加氫技術則以水電解產生的表面活性氫（H*）作為加氫的可持續氫源，以避免使用H2。然而，由于水的分解作用，電化學加氫反應過程通常伴隨著競爭性析氫反應，最終導致法拉第效率和轉化率較差。此外，在高生產轉化率下，由于缺乏對中間體特定吸附的有效控制，極易導致過度加氫反應，從而限制目標產物的選擇性。因此，有必要開發一種高效的電催化劑，以實現炔烴電催化半加氫能夠同時具有高炔烴轉化率、高烯烴選擇性和高法拉第效率，而這些是目前的方法難以實現的，尤其是在克級規模上。

針對以上問題，譚勇文教授課題組提出了一種分級結構納米多孔Cu50Au50(Hnp-Cu50Au50)合金催化劑來提高炔烴半加氫的電催化性能。利用Operando X射線吸收光譜和密度泛函理論計算，發現Au調節Cu的電子結構，從本質上抑制H*結合形成H2并削弱烯烴的吸附，從而促進炔烴半加氫并抑制烯烴過度氫化。有限元法模擬和實驗結果表明，分級結構納米多孔催化劑通過增強納米孔內的電場誘導出具有豐富K+的局部微環境，加速水電解產生更多H*，從而促進炔烴的轉化。結果顯示，Hnp-Cu50Au50電催化劑在超寬電勢窗口下實現了炔烴的高效電催化半加氫，轉化率高達94%，選擇性高達100%，法拉第效率高達92%。該研究為高效電催化轉移半加氫催化劑的合理設計提供了指導。

本研究得到了國家自然科學基金和整車先進設計制造技術全國重點實驗室自主研究等項目的支持。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50499-3