水分解是一種綠色的制氫方法，可用于間歇性能源(如太陽(yáng)能或風(fēng)能)的能源儲(chǔ)存，以燃料的形式；析氫反應(yīng)(HER)是水分解中的兩個(gè)半反應(yīng)之一，需要催化劑來(lái)降低過(guò)電位。鉑(Pt)基材料被認(rèn)為在酸性介質(zhì)中最有效，因?yàn)镻t -H鍵的強(qiáng)度適中，但由于鉑的稀缺性，鉑的使用引發(fā)了與成本相關(guān)的問(wèn)題，故將有效催化HER所需的Pt量降至最低是當(dāng)務(wù)之急。基于此，北京科技大學(xué)秦明禮、賈寶瑞和劍橋大學(xué)Manish Chhowalla等開發(fā)了一種電化學(xué)沉積方法以合成三組分異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，其中WO3陣列負(fù)載空心PtCu合金納米球在 Cu泡沫上。與傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法相比，使用的塊狀Pt而不是鹽作為Pt源的電化學(xué)沉積最大限度地提高了Pt的利用率，并且不涉及有毒有機(jī)溶劑。該催化劑在20和100 mV的過(guò)電位下分別實(shí)現(xiàn)了1.35和10.86 A mgPt-1的超高Pt質(zhì)量活性，分別是商業(yè)Pt/C催化劑的27倍和13倍，并且優(yōu)于一些現(xiàn)有的最先進(jìn)的Pt單原子催化劑。
中空納米PtCu合金球提高了Pt原子的利用率和反應(yīng)性，同時(shí)在Pt和WO3的界面處發(fā)生氫溢出，即氫從強(qiáng)吸附在Pt上的表面擴(kuò)散到導(dǎo)電金屬氧化物WO3，加速H2的解吸，氫溢出觸發(fā)Volmer-Heyrovsky機(jī)制并促進(jìn)H*從Pt中快速去除以重新暴露活性位點(diǎn)；并且大孔Cu泡沫有利于質(zhì)量和電子轉(zhuǎn)移。結(jié)合弱吸附氫表面和強(qiáng)吸附表面以觸發(fā)氫溢出的設(shè)計(jì)可能為開發(fā)高活性HER催化劑提供新的原理，故該研究可能有助于指導(dǎo)通過(guò)電沉積制備更多合金催化劑。Ultrahigh Pt-Mass-Activity Hydrogen Evolution Catalyst Electrodeposited from Bulk Pt. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112207
