作為質(zhì)子交換膜水電解槽和燃料電池的商業(yè)電極材料，鉑（Pt）-基催化劑還面臨著質(zhì)量活性、穩(wěn)定性和CO耐受性不足等問(wèn)題。基于此，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士和韓云虎教授、新西蘭奧克蘭大學(xué)王子運(yùn)教授等人報(bào)道了一種由鉑-鉺（Pt-Er）合金簇和原子分散的Pt和Er組成的雙功能催化劑（Pt-Er/h-NC），在酸性析氫和氧化反應(yīng)（HER和HOR）中表現(xiàn)出優(yōu)異的活性、耐久性和CO耐受性，其中對(duì)HER的質(zhì)量活性和TOF分別是Pt/C的63.9倍和7.2倍。此外，其可以在1000 mA cm-2的酸性電解質(zhì)中穩(wěn)定工作超過(guò)1200 h，從而證實(shí)了它在工業(yè)電流密度下的實(shí)際應(yīng)用潛力。
通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了Er摻雜對(duì)Pt-Er/h-NC在原子水平上的有效穩(wěn)定HER的影響。作者構(gòu)建了一系列可能的Pt-Er/h-NC模型，包括Pt-Er(111)、Pt-Er納米團(tuán)簇（Pt-ErNC）、原子分散在CN上的相鄰Pt和Er原子（Pt-ErSAC）和Pt/h-NC（PtSAC）。
研究發(fā)現(xiàn)，Er可以使Pt位點(diǎn)具有接近0 eV的*H吸附能，比相同構(gòu)型的純Pt催化劑提供更高的電流密度。其中，Pt-ErNC-ErSAC的催化電流密度最高，ΔG*H為-0.13 eV，其次是Pt-Er(111)，ΔG*H為-0.17 eV，表明Er摻雜在提高HER催化活性方面具有優(yōu)勢(shì)。
通過(guò)兩種機(jī)制，作者評(píng)估了理論穩(wěn)定性，即降解和CO中毒。與氧中間體（特別是*OH）的過(guò)強(qiáng)結(jié)合使活性Pt位點(diǎn)過(guò)度氧化，從而導(dǎo)致Pt溶解。同時(shí)，由于CO的強(qiáng)吸附作用，可以阻斷催化位點(diǎn)，顯著抑制HER和HOR的活性。
隨著Er摻入Pt，Pt(111)和PtNC-PtSAC形式的ΔG*OH分別從0.72和0.79 eV增加到0.84和0.92 eV，表明表面Pt位點(diǎn)更加穩(wěn)定。DFT計(jì)算結(jié)果表明，在Pt中引入Er原子可以顯著降低反應(yīng)過(guò)電位，提高HER和HOR的使用壽命，以及提高Pt的催化活性和穩(wěn)定性。
Near-Atomic-Scale Superfine Alloy Clusters for Ultrastable Acidic Hydrogen Electrocatalysis. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c07541.
