開發(fā)用于陰極析氫反應(yīng)(HER)和陽極析氧反應(yīng)(OER)的高效且耐用的電催化劑對于實(shí)現(xiàn)水分解電解槽的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。目前存在的難題是OER的動力學(xué)特別緩慢，因此需要高性能催化劑來降低實(shí)際應(yīng)用中的反應(yīng)過電位。
近日，北京大學(xué)郭少軍和加州州立大學(xué)北嶺分校呂剛等報(bào)道了一類高活性且穩(wěn)定的OER催化劑，即分散在磷酸氫鈷(CoHPO)中的單個(gè)Pt原子具有獨(dú)特的Pt(OH)(O3)/Co(P)配位，具有優(yōu)異的催化活性和析氧穩(wěn)定性。長期以來，Pt作為OER的催化劑一直被忽視，因?yàn)樗跍y試中幾乎不發(fā)生反應(yīng)。在這項(xiàng)工作中，Pt基單中心催化劑的TOF和MA比CoHPO和最先進(jìn)的Ir/C電催化劑上的Pt/C和Pt納米顆粒高2-4個(gè)數(shù)量級，而且表現(xiàn)出極好的穩(wěn)定性。結(jié)合一系列實(shí)驗(yàn)研究和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，單原子Pt位點(diǎn)的特殊配位結(jié)構(gòu)以及孤立Pt原子與周圍Co原子之間的強(qiáng)電子耦合是電催化活性和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)的根本原因。更重要的是，催化劑還顯示出卓越的HER性能，在-100 mV的過電位下TOF高達(dá)12.8 s-1Pt，大約是商業(yè)Pt/C的41倍。研究人員使用這種雙功能催化劑作為陽極和陰極進(jìn)一步組裝了陰離子交換膜水電解槽(AEMWE)，其總質(zhì)量負(fù)載為0.029 mgPt ?cm-2，AEMWE在1.8 V的低電池電壓下達(dá)到了1 A cm-2的工業(yè)電流密度以及超過100小時(shí)的耐用性，其性能(在質(zhì)量密度和貴金屬利用效率方面)比商用Pt/C和Ir/C高兩個(gè)數(shù)量級。Anti-dissolution Pt Single Site with Pt(OH)(O3)/Co(P) Coordination for Efficient Alkaline Water Splitting Electrolyzer. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-31406-0
