電化學析氫反應(HER)和析氧反應(OER)是產生清潔、可持續(xù)和密集能源的有效方法。對于HER反應，合適的高活性催化劑可以降低催化過程中的勢壘，從而加速反應途徑的反應動力學。目前，盡管Pt是最有效的HER催化劑，但由于其稀缺性和在惡劣的電化學反應環(huán)境中浸出的趨勢，Pt的使用受到限制。
基于此，延世大學Hyung-Ho Park團隊將F摻雜的氧化錫(IV) (F-SnO2)氣凝膠與Pt催化劑相結合，以防止金屬腐蝕并獲得豐富的Pt活性位點和大比表面積(321 cm2 g-1)。
合成的F-SnO2@Pt具有大比表面積和高孔隙率，因此其表現(xiàn)出優(yōu)異的內在HER活性(在0.5 M H2SO4中10 mA cm-2時的HER過電位低至42 mV)，在50 mV時的周轉頻率(11.2 H2 s-1)是Pt/C的22倍。
更重要的是，Pt和F-SnO2之間的金屬載體相互作用和強大的分子間作用力導致F-SnO2@Pt的催化優(yōu)勢和抗腐蝕持久性，可穩(wěn)定循環(huán)10000次。
實驗結果和密度泛函理論(DFT)計算表明，F(xiàn)-SnO2@Pt的加速催化效果和結構穩(wěn)健性主要源于：
1. 大比表面積(321 cm2 g-1)的氣凝膠網絡有利于Pt催化劑的最佳分散并確保反應的高表面能(大量活性位點)；
2. F-SnO2氣凝膠中介孔和大孔之間存在適當?shù)钠胶?，為離子遷移(物質傳輸)產生有利通道；
3. 在SnO2晶格中用F-代替O2-是催化劑高導電性的原因(即顯著降低電荷轉移電阻(Rct))；
4. 強金屬載體相互作用改變了Pt的費米能級并產生過量的OH基團，導致催化劑界面上的O-H鍵快速解離。該工作中的合成技術有望用于設計適用于PEM燃料電池的高活性和堅固的水電解槽。
Highly Dispersed Pt Clusters on F-Doped Tin(IV) Oxide Aerogel Matrix: An Ultra-Robust Hybrid Catalyst for Enhanced Hydrogen Evolution. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c10504
