揭示氢吸附和解吸行为的本质可以从根本上指导催化剂设计并提高催化性能。基于此，武汉大学肖湘衡教授和Dong He、中国科学技术大学王功名教授（共同通讯作者）等人报道了通过金属二氧化钨（WO₂）的d-d轨道相互作用系统地研究了氢吸附的调节。

二氧化钨（WO₂）不仅具有金属-氧（W-O）键，而且还具有独特的金属-金属（W-W）键，使其具有类似金属的特性，其优异的导电性有利于HER反应涉及电子参与。W d-带的状态总密度连续跨越费米能量（E_F），与氢的相互作用密切相关。因此，W-W局部微环境的电子结构的系统调节对于实现对WO₂的优异吸附行为至关重要。

通过密度泛函理论（DFT）计算模拟表明，包括Fe、Co、Ni和Cu在内的后过渡金属原子的掺入可以逐渐降低W-M位点的键序，从而削弱氢的吸附并加速析氢反应（HER）过程。在该理论指导下，系统地筛选了各种3d金属掺杂的WO₂电催化剂用于HER催化。

其中，Ni-WO₂/Ni泡沫的过电位为41 mV（-10 mA cm^-2），Tafel斜率下降至47 mV dec^-1，代表了目前最好的W基HER催化剂。该工作表明通过d-d轨道调制优化氢吸附是开发高效和稳健催化剂的有效方法。

Optimizing Hydrogen Adsorption by d-d Orbital Modulation for Efficient Hydrogen Evolution Catalysis. Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202103301.

https://doi.org/10.1002/aenm.202103301.