电催化剂在反应过程中常发生不可控的表面重构，导致催化性能偏离设计预期，而碱性 HOR 的特殊条件为精准调控重构提供了契机。本组研究发现，在H2饱和的碱性电解液中，Pd前体催化能够解离吸附氢，原位重构形成 PdHₓ催化剂。这一过程是通过氢气分子在钯表面解离、氢原子扩散进入晶格形成氢化物相而完成的，重构程度可通过原位X-射线衍射（XRD）实时监测。
团队设计合成了单原子钴掺杂碳载体锚定的钯纳米颗粒催化剂（Pd/NCCo），钯纳米颗粒尺寸仅约 3.2 nm，分散均匀。在HOR过程中，原位 XRD 分析直观呈现了 Pd 向 PdHₓ的重构过程。通入氢气后，Pd（111）晶面衍射峰向低角度偏移，表明晶格膨胀形成 PdHₓ相。与 Pd/XC-72 相比，Pd/NCCo的衍射峰偏移更显著，最终形成PdH0.81。
测量显示，HOR反应活性随氢掺杂量增加而显著提升，Pd/NCCo预催化剂原位重构为高氢化程度的PdH0.81，其动力学活性是传统 Pd/XC-72 催化剂的 17.3 倍，甚至超越了商业Pt/C催化剂。在阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）测试中，以Pd/NCCo为阳极的燃料电池在氢气-氧气条件下峰值功率密度达到 1228.3 mW/cm²，氢气-空气（无CO2）条件下仍保持 811.4 mW/cm²，超商业Pt/C阳极的性能。
值得关注的是其良好的稳定性：在 0.7 V 恒定电压下运行 60 小时，电流密度仅下降 4.7%，前 50 小时几乎无衰减；经过多次启停循环后，性能仍无明显损耗。此外，该催化剂还表现出优异的抗 CO 毒性，在含 1000 ppm CO 的氢气中运行 2000 秒，电流密度仅下降 9.8%，优于商业Pt/C的 36.5% 衰减率。
理论计算与实验表征共同证实，PdHₓ中的hollow位点是碱性 HOR 的高活性中心。氢原子掺杂导致的晶格膨胀使钯的 d 带中心下移，减弱了氢中间体（H*）的吸附强度，同时晶格氢原子与表面吸附氢原子的排斥作用进一步优化了吸附能，从而突破了钯基催化剂氢吸附过强的瓶颈。
这一机制完美解释了催化性能的提升：氢掺杂量越高，空心位点的吸附能越接近理想值，催化动力学越优异。Pd/NCCo因最高的氢掺杂度，展现出最佳的反应活性和最快的氢转移速率，其H/D动力学同位素效应（KIE）达到 2.0，证实氢质子转移是反应速率的关键影响因素。
该研究不仅为阴离子交换膜燃料电池提供了高效稳定的非铂基阳极催化剂，也为催化剂重构研究提供了新思路。
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Xi Lin, Yang Yang, Jiahe Yang et al. In Situ Synthesis of Palladium Hydride as an Efficient and Stable Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction Catalyst. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 47068-47078. DOI: 10.1021/jacs.5c12544