异质结构可以通过调节不同组分的电子性质，在界面处形成独特的界面电荷态从而促进其催化活性，在能量转换领域显示出巨大的潜力。然而，对于高活性异质结构的可控制备（如成分调整、形貌控制以及活性位点分布等）依旧存在挑战。

  电解水产氢（HER）作为“最理想的工业制氢方法”，其理想的催化剂多以铂（Pt）基材料为主，然而，稀缺性和高价格极大地限制了它的实际应用。许多非铂基催化剂，如镍基催化剂、钼基催化剂、钴基催化剂、杂原子掺杂碳催化剂等，虽已被大量研究，但与铂基催化剂相比，性能差距依然明显。因此，开发性能优越的非铂基催化剂越显重要。目前，科学家已发现在钌颗粒晶格中掺入适量的异质金属（如钴、镍等）形成合金，可以有效改变钌基催化剂的电化学特性，从而显著提高其催化活性和稳定性。然而，由于多金属成核和还原过程的难以控制，制备具有尺寸可控、性质稳定的钌纳米合金材料仍具有很大的挑战。

  最近，上海交通大学庄小东教授课题组与苏跃增教授团队合作，利用模板法制备可控的离子聚合物纳米片，以含阳离子聚酰亚胺为前驱体，通过简便的离子交换法，将双金属（MoO₄^2?/Ru[CN]₆^4?）源成功地引入前驱体中，经高温热解形成嵌有RuMo合金纳米颗粒的二维多孔氮掺杂碳纳米片（2DPC-RuMo；图1）。所制备的2DPC-RuMo呈现规整的六边形形貌（2.5 μm）、均匀的RuMo合金颗粒分散和高的比表面积（356 m2 g^?1）（图2）。作为HER催化剂，在碱性介质中，2DPC-RuMo表现出优异的电催化性能，电流密度达到10 mA cm^-2时的过电位仅为18 mV，Tafel斜率为25 mV dec^-1，转化频率（TOF）值高达3.57 H₂ s^-1，其性质优于文献报道的其它钌基碳催化剂（图3）。进一步DFT计算表明，钌钼合金和氮掺杂碳的新型异质结构可以有效促进水的分解，降低催化剂对氢的吸附能，利于氢在催化剂表面吸脱附，从而提高HER性能（图4）。这项工作为可控制备金属（合金）基异质结构提供了一种有效可行的方法，同时为电催化析氢反应提供了一种优异的催化剂。

图1金属基二维多孔碳纳米片（2DPC-M）的制备工艺示意图：i）单体PMDA和Vio-NH2?2HCl沉积并在MgAl-LDH模板表面原位聚合，形成IPI-X@LDH（X=Cl）；ii）与含有金属的阴离子进行离子交换，形成IPI-X@LDH（X=[MoO₄]，0.5[Ru(CN)₆]）；iii）IPI-X@LDH碳化形成2DPC-M@LDO；iv）蚀刻LDO模板生成2DPC-M（M=Mo、Ru和RuMo）

图2 a) 2DPC纳米片的SEM图，标尺：5 mm；b) 2DPC-RuMo纳米片的TEM图，标尺：500 nm；c) 2DPC-RuMo纳米片HRTEM图和粒径尺寸分布，标尺：10 nm；d) 2DPC-RuMo纳米片HAADF-STEM-EDS图，标尺：2 nm；e) RuMo纳米颗粒的HRTEM图，标尺：1 nm；f) 更大放大倍数的HRTEM图, 标尺：0.5 nm; g) 具有明显错位晶界的HRTEM图，标尺：0.5 nm。

图3 2DPC-RuMo的HER性能测试。a) LSV曲线；b) Tafel斜率；c) 与文献性能对比；d) 电容特性；e) TOF值对比；f) 循环稳定性和恒压稳定性。

图4碱性介质中对HER活性的密度泛函理论计算。

  目前该工作以“A Novel Heterostructure Based on RuMo Nanoalloys and N-doped Carbon as an Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction”为题在线发表在《先进材料》（Advanced Materials, 2020, DOI: 10.1002/adma.202005433）上。该论文的第一作者为上海交通大学2017级硕士研究生涂柯俊，通讯作者为庄小东教授、苏跃增教授和杨重庆博士。该项工作得到了基金委优秀青年基金资助，获得了科技部国家重点研发计划、自然科学基金面上项目以及上海市科委的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202005433