Poiché il combustibile a idrogeno ha un'elevata densità di energia e non inquina l'ambiente, ora ha mostrato il potenziale per sostituire l'energia fossile. La reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) è uno dei metodi più promettenti per la produzione di idrogeno come semireazione dell'elettrolisi dell'acqua. Attualmente, i tradizionali composti a base di Pt sono utilizzati come elettrocatalizzatori più attivi per le reazioni di evoluzione dell'idrogeno. Però, Pt è relativamente scarso e costoso. Perciò, progettare e sintetizzare ad alta efficienza, stabile, e catalizzatori economici è un argomento di frontiera nel campo dell'elettrolisi dell'acqua.

Recentemente, Zhenxing Li e il suo team della China University of Petroleum (Pechino) hanno compiuto entusiasmanti progressi nella preparazione dei catalizzatori HER, utilizzando un semplice metodo one-pot per sintetizzare nanoparticelle di lega ternaria cava ultra-piccole, comprese le nanoparticelle di PtNiCu, Nanoparticelle di PtCoCu e nanoparticelle di CuNiCo. Durante la sintesi, la reazione di spostamento e l'attacco ossidativo hanno giocato un ruolo importante nella formazione di strutture cave. La dimensione media delle nanoparticelle di PtNiCu è di soli 5 nm e contiene solo il 10% di Pt. L'esclusiva struttura cava e l'ampia superficie specifica aumentano il grado di esposizione dell'atomo superficiale, fornire abbondanti centri attivi, e fare in modo che le nanoparticelle di PtNiCu mostrino un'eccellente attività e stabilità elettrocatalitica. Nell'elettrolita alcalino, il potenziale eccessivo di nanoparticelle cave di PtNiCu a 10 mA cm ^-2 è a partire da 28 mV rispetto a RHE con una pendenza Tafel di 52,1 mV dec ^-1 , che era inferiore a quelli del Pt/C commerciale. Inoltre, la sua attività di massa è 5,62 volte superiore a quella del sistema commerciale Pt/C. Ciò riduce efficacemente il costo degli elettrocatalizzatori a base di platino e garantisce che gli atomi di platino vengano utilizzati in modo più efficiente.

Analizzando il riempimento orbitale bonding e antibonding, i calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT) mostrano che il ΔGH* delle nanoparticelle di PtNiCu è 0,05 eV, che è vicino allo zero. Nel processo di reazione della reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER), la forza di legame dei diversi metalli all'intermedio idrogeno (H*) era dell'ordine di Pt> Co> Ni> Cu. Così, le eccellenti prestazioni HER delle nanoparticelle cave di PtNiCu possono essere attribuite a interazioni moderatamente sinergiche tra i tre metalli e H*. Combinando calcoli teorici con dati sperimentali, questo lavoro fornisce una nuova strategia per la progettazione e la preparazione di catalizzatori HER a basso costo e ad alte prestazioni.