電化學水分解析氫反應(HER)，對于發展可再生能源技術以解決當前的能源和環境危機至關重要。到目前為止，鉑(Pt)由于其適中的氫原子化學吸附自由能(ΔGH*)，仍然是HER反應的基準催化劑。HER的效率不僅依賴于ΔGH*，還依賴于水的解離。
然而，由于相對較高的水解能壘，Pt上水解離形成Pt-*H的效率低下。嵌入在親水性載體上的單原子催化劑(SACs)提供了調節電子“微環境”的潛力，從而增強水的解離步驟，并且SACs對各種電催化反應也具有低成本和超高的原子效率。基于此，香港大學郭正曉、季華實驗室Yang Zhiqing、中科院福建物構所柴國良和江西理工大學朱麗華等提出了一種簡單的策略來構建Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C單原子催化劑(SAC)，其中Pt單原子(Pt1)固定在(Co，Ni)(OH)2的表面。具體而言，研究人員采用簡單的電沉積策略將Pt單原子錨定在分別對缺陷(Co，Ni)(OH)2、Co(OH)2和Ni(OH)2上。優化后的Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C納米結構，即使只有1.41 wt%的Pt負載，也具有極高的催化活性。Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C在10 mA cm?2電流密度下的HER過電位為24 mV，Tafel斜率為28.7 mV dec?1，優于商業20 wt% Pt/C(29 mV@10 mA cm?2，32.5 mV dec?1)。此外，Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C在0.09 VRHE時的質量活性分別比Pt1/C和20 wt% Pt/C高29.7倍和115.9倍。更重要的是，Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C在100 mA cm?2的大電流密度下進行24小時和20000次循環后，性能衰減可以忽略不計。通過Operando Raman直接觀察到Ni-*OH和Co-*OH的生成，表明在堿性電解質中(Co，Ni)(OH)2的水解離作用增強。密度泛函理論(DFT)計算表明，Pt原子上的電子向(Co，Ni)(OH)2的O原子轉移，表明(Co，Ni)(OH)2改變了Pt的局部配位環境；Pt1/(Co，Ni)(OH)2還同時促進了水的解離和H2的形成，使其成為比純Pt和(Co，Ni)(OH)2更好的HER催化劑。與Pt1/(Co，Ni)(OH)2和Pt1/Ni(OH)2相比，Pt1/Co(OH)2上的水解離仍然吸熱，但超過Pt(111)和(Co、Ni)；Pt1/Ni(OH)2對*H的吸附強于Pt1/(Co，Ni)(OH)2和Pt1/Co(OH)2，抑制了H2的形成。因此，Pt1/(Co，Ni)(OH)2催化劑表現出巨大的打破堿性條件下析氫效率低的瓶頸的潛力。Effective Electronic tuning of Pt Single Atoms via Heterogeneous Atomic Coordination of (Co,Ni)(OH)2 for Efficient Hydrogen Evolution. Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE02785B
目前評論：0