合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院何建波教授課題組在ChemSusChem期刊發(fā)文報(bào)道，利用金屬有機(jī)框架ZIF-8在高溫煅燒之后的十二面體粒子作為基質(zhì)，原位電沉積微量鉑納米顆粒（Pt NPs），制備了性能優(yōu)異的析氫催化劑。他們特別探討了催化劑的活性中心是通常所認(rèn)為的Pt原子還是ZIF-8配體中的咪唑氮原子的問題。
為實(shí)現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展，可再生能源制氫已成為新能源領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向，大量研究工作致力于制備高效的電解水產(chǎn)氫催化劑。貴金屬Pt被認(rèn)為是析氫活性最高的材料，這是由于氫原子(H*)與Pt原子之間存在最適宜強(qiáng)度的吸附鍵，因此Pt被公認(rèn)為是電催化析氫的最佳的活性中心。 合肥工業(yè)大學(xué)何建波課題組報(bào)道了有關(guān)析氫活性中心的另一種可能。他們制備了一種ZIF-8衍生的多孔富氮十二面體基質(zhì)，通過電沉積方法在其孔隙中分散了~2.8 mg cm?2的Pt NPs，在1.0 M的硫酸中析氫活性明顯優(yōu)于工業(yè)Pt/C催化劑(300 mg Pt cm?2)。在50 mV過電勢時(shí)，催化劑可以產(chǎn)生117 mA cm?2的析氫電流密度，而Pt/C的電流密度為50mA cm?2。他們進(jìn)而證明了催化劑中真正的活性中心是Pt NPs表面結(jié)合的咪唑N原子。由于N原子的電子供體性質(zhì)，在析氫過程中可以作為質(zhì)子(H+)錨點(diǎn)。 上述結(jié)論主要基于以下實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果： (1) 實(shí)驗(yàn)表明Pt NPs表面既沒有發(fā)生H*吸附，也沒有發(fā)生Pt氧化。這是因?yàn)槲⒘縋t NPs的表面被咪唑環(huán)所覆蓋而沒有暴露在電解液中。 (2) 用6種金屬離子特別設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)證明，不同金屬離子對該催化劑上的析氫反應(yīng)具有不同程度的抑制作用，而這取決于金屬離子對咪唑N原子的配位能力。這種金屬配位作用占據(jù)了一部分咪唑N原子，從而減少了析氫反應(yīng)的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致析氫電流下降。 (3) 咪唑N位點(diǎn)上H*的吸附自由能ΔGH*的DFT計(jì)算值明顯小于Pt(111)表面上ΔGH*的絕對值。 上述以Pt支撐的N原子作為活性中心的電催化析氫機(jī)制表現(xiàn)出卓越的催化活性，這一結(jié)果有望鼓勵更多的以氮原子為活性中心的新型催化劑的研究。 論文信息： The Central Role of Nitrogen atoms in a Zeolitic Imidazolate Framework-Derived Catalyst for Cathodic Hydrogen Evolution Dr. Meng-Jie Zhao, Sheng-Ying Su, Ning Deng, Jun-Qing Shi, Dr. Fang Li, Prof. Jian-bo He* 文章第一作者為趙夢杰 ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202101337
