電化學(xué)水分解析氫反應(yīng)(HER)，對(duì)于發(fā)展可再生能源技術(shù)以解決當(dāng)前的能源和環(huán)境危機(jī)至關(guān)重要。到目前為止，鉑(Pt)由于其適中的氫原子化學(xué)吸附自由能(ΔGH*)，仍然是HER反應(yīng)的基準(zhǔn)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(duì)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(diào)節(jié)電子“微環(huán)境”的潛力，從而增強(qiáng)水的解離步驟，并且SACs對(duì)各種電催化反應(yīng)也具有低成本和超高的原子效率。基于此，香港大學(xué)郭正曉、季華實(shí)驗(yàn)室Yang Zhiqing、中科院福建物構(gòu)所柴國(guó)良和江西理工大學(xué)朱麗華等提出了一種簡(jiǎn)單的策略來構(gòu)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(jiǎn)單的電沉積策略將Pt單原子錨定在分別對(duì)缺陷(Co，Ni)(OH)2、Co(OH)2和Ni(OH)2上。優(yōu)化后的Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C納米結(jié)構(gòu)，即使只有1.41 wt%的Pt負(fù)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(yōu)于商業(yè)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(shí)的質(zhì)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(jìn)行24小時(shí)和20000次循環(huán)后，性能衰減可以忽略不計(jì)。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(zhì)中(Co，Ni)(OH)2的水解離作用增強(qiáng)。密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Pt原子上的電子向(Co，Ni)(OH)2的O原子轉(zhuǎn)移，表明(Co，Ni)(OH)2改變了Pt的局部配位環(huán)境；Pt1/(Co，Ni)(OH)2還同時(shí)促進(jìn)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(duì)*H的吸附強(qiáng)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(xiàn)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
