氢化酶是天然存在于细菌中可催化氢气产生的酶，其活性位点由功能蛋白包围的铁硫簇组成。研究团队受氢化酶结构启发，将Fe₇S₈纳米粒子与聚多巴胺基质结合，合成了一种碳基质掺入的铁硫簇（Fe₇S₈/C），当中聚多巴胺可以增强Fe₇S₈/C催化剂的稳定性和活性 (图1)。与不含碳的原始 Fe₇S₈ (733 Ω cm²) 相比，在酸性、中性和碱性环境下，Fe₇S₈/C 样品相应的电荷转移电阻值分别为33.2 Ω cm²， 24.8 Ω cm²，和 37.5 Ω cm² (图2)。由于电荷转移电阻与法拉第反应的交换电流成反比﹐因此较低的电荷转移电阻意味着更强的析氢反应性能和更低的超电位。在析氢反应过程中，Fe₇S₈/C电催化剂表现出与自然氢酶相似的特性。通过连续波电子顺磁共振分析，确认了铁原子在氢气进行反应过程中从3+氧化态变为1+氧化态 (图3)。研究结果显示，Fe₇S₈/C电催化剂在全酸碱值范围内展示出卓越的电催化氢气产生效率，特别是在中性条件下，其过电位仅为45.9 mV（相对氢电极），远低于其他过渡金属基电催化剂。此外，该电催化剂在酸性和碱性条件下的超电位分别为90.6 mV和107.4 mV，同样具有优越性能 (图4)。

这项研究的成果表明，Fe₇S₈/C电催化剂具有潜在的应用价值，可作为一种高效的电催化剂用于氢能生产，为开发更高效、更经济的氢能生产技术提供了有价值的参考。