金屬和氮摻雜納米碳（M-N-Cs）是貴金屬催化電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換過程的有前途的替代品，但高溫?zé)峤夂铣傻腗-N-Cs存在原子分散的M-Nx位點(diǎn)和結(jié)晶金屬納米顆粒（NPs），阻礙了活性位點(diǎn)的識別和性能的合理優(yōu)化。
基于此，湖南大學(xué)費(fèi)慧龍教授（通訊作者）等人報道了一種通用而有效的策略，即利用碘化銨（NH4I）作為腐蝕劑，在高溫下去除過多的金屬聚集體，獲得具有專屬原子彌散的貴金屬和非貴金屬基M-N-Cs（M=Pt、Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Zn）。以Pt-N-C為概念驗(yàn)證，Pt-N-C中Pt-NPs的完全去除能夠澄清原子Pt-Nx部分和Pt NPs對HER的催化活性的貢獻(xiàn)。
作者對三種優(yōu)化的原子結(jié)構(gòu)模型（原子PtN3部分、Pt NPs和Pt NPs+PtN3復(fù)合位點(diǎn)）進(jìn)行了DFT計(jì)算，考慮了三個可能的H吸收位點(diǎn)，包括Pt NPs的Pt(111)平面（S1位點(diǎn)），Pt NPs的Pt(211)平面（S2位點(diǎn)）和原子PtN3部分（S3位點(diǎn)）。
通過不同位置H*吸附的吉布斯自由能（?GH*）發(fā)現(xiàn)，S1位點(diǎn)是H的優(yōu)先吸收位點(diǎn)，因?yàn)镾1位點(diǎn)表現(xiàn)出最佳的H吸附強(qiáng)度，?GH*為-0.18 eV，而S2位點(diǎn)為-0.21 eV，S3位點(diǎn)為0.27 eV。
對比具有最佳位置的Pt NPs+PtN3、PtN3部分和Pt NPs的?GH*，發(fā)現(xiàn)PtN3部分的?GH*為0.34 eV，因此H在活性位點(diǎn)上的結(jié)合較弱，而Pt NPs為-0.40 eV，表明H結(jié)合較強(qiáng)。因此，Pt NPs+PtN3的最佳吸附能可歸因于Pt NPs與PtN3原子部分的協(xié)同作用。
結(jié)果表明，Pt-SA/NP-NC中Pt-SA與NPs之間的協(xié)同相互作用產(chǎn)生了最佳的?GH*，從而獲得了優(yōu)異的HER活性。
A General Strategy to Remove Metal Aggregates toward Metal-Nitrogen-Carbon Catalysts with Exclusive Atomic Dispersion. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202211398.
https://doi.org/10.1002/adma.202211398.
