碱性氢氧化反应（HOR）中，镍（Ni）基催化剂因强氢吸附能（HBE）与弱羟基吸附能（OHBE）导致活性低下，传统调控策略（如合金化、掺杂）受限于d带中心理论，无法独立优化HBE与OHBE，且高活性位点密度不足，严重阻碍非铂族金属（PGM-free）阴离子交换膜燃料电池（HEMFCs）的商业化。针对上述挑战，本室研发了一种五重孪晶镍纳米催化剂，通过应变效应实现HBE与OHBE独立调控，实现了高效HOR催化。
孟品等利用配体调控（DTPA-Ni前驱体）镍离子扩散，经400℃热解制备超小尺寸（≈5 nm）五重孪晶镍纳米粒子（D-Ni）。高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）证实高密度孪晶界（TB密度达389.5 μm⁻¹），X-射线吸收精细结构（XAFS）显示TB附近Ni-Ni键长变长（最大6.2%），诱导显著拉伸应变。
研究发现TB处晶格膨胀使d带中心上移，强化Ni与OH*的离子键作用（DFT计算证实OHBE从-0.17 eV增至-0.56 eV）。Ni-H键长增加削弱共价键，部分抵消d带上移对HBE的强化，使HBE基本保持稳定（-0.53至-0.59 eV）。特殊TB顶点位点进一步削弱HBE。改策略突破了传统，首次实现HBE与OHBE独立优化，解决同步调控困境。
催化剂表现出优异的电化学性能，质量活性（jₖ）达106.6 mA mg⁻¹（η=50 mV），为商用Ni/C的24.2倍，接近Pt/C水平。燃料电池性能：H₂/O₂模式下峰值功率密度（PPD）达805 mW cm⁻²（DOE目标：1000 mW cm⁻²），为镍基催化剂最高纪录。阴极PGM载量降至0.10 mg cm⁻²时，PPD仍保持475 mW cm⁻²，PGM利用率达4.75 W mgₚGM⁻¹。
稳定性：恒流测试（300 mA cm⁻²）188小时电压衰减仅5.3%，TB结构未显著破坏。
原位研究和理论计算揭示机理：原位XAFS显示：HOR过程中OH*在开路电位吸附，随电位升高解吸，动态调控反应路径。OH*/OD⁻吸附实验与动力学同位素效应（KIE）证实D-Ni的OHBE显著强于E-Ni。氢程序升温脱附（H-TPD）实验显示二者HBE相近（122.9°C vs. 120.9°C），排除HBE主导活性差异。DFT模拟TB应变效应：晶格膨胀（5%）使H₂O生成能垒降低，加速决速步。晶体轨道哈密顿布居（COHP）分析：应变增强Ni-O键强度（-ICOHP值增大），提升OH*吸附。