析氫反應(yīng)(HER)對(duì)于基礎(chǔ)電化學(xué)研究和綠色制氫都具有重要意義。鉑(Pt)具有最佳的氫結(jié)合能，是最有效的HER催化劑。Pt表面的HER是以吸附氫為主要反應(yīng)中間體的多步電化學(xué)反應(yīng)，特別是在酸性電解質(zhì)中。大多數(shù)典型的Pt催化劑，特別是先進(jìn)的納米催化劑設(shè)計(jì)，具有多個(gè)吸附位點(diǎn)，可能顯示出不同的HER活性。因此，確定主要的活性位點(diǎn)和理解它們?cè)贖ER中的作用對(duì)于合理的催化劑設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
近日，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒、黃昱和加州理工學(xué)院William A. Goddard III等利用具有明確(100)和(111)面及它們之間邊緣位點(diǎn)的超薄Pt納米線(PtNWs)，使用最近開發(fā)的電輸運(yùn)光譜(ETS)直接探測(cè)在Pt表面上的氫吸附，揭示了兩個(gè)不同的氫吸附峰: 一個(gè)與欠電位沉積H(HUPD)一致，另一個(gè)與導(dǎo)致HER電流快速增加的過(guò)電位沉積H(HOPD)一致。在具有(111)和(100)面以及相應(yīng)的邊緣位置的PtNW上進(jìn)行了反應(yīng)力場(chǎng)(ReaxFF)計(jì)算，將兩個(gè)吸附峰解卷積成臺(tái)階和邊緣位點(diǎn)上的氫吸附，0.20 VRHE處的HUPD峰值應(yīng)于氫吸附在(100)和(111)臺(tái)階位點(diǎn)上，0.038 VRHE處的HOPD峰則對(duì)應(yīng)于氫吸附在(111)/(100)和(111)/(111)邊緣位點(diǎn)上。HOPD的峰位表明弱束縛氫原子的吸附自由能(ΔGH)接近于零，因此HOPD原子在熱力學(xué)上更具活性，邊緣位點(diǎn)是HER的主要活性位點(diǎn)。此外，基于ReaxFF計(jì)算的微動(dòng)力學(xué)模型分析也證實(shí)了吸附在邊緣位點(diǎn)上的氫原子主導(dǎo)了整個(gè)HER活性。在堿性介質(zhì)中的ETS研究進(jìn)一步證明，抑制了邊緣位點(diǎn)的HOPD會(huì)導(dǎo)致更為緩慢的HER動(dòng)力學(xué)?？偟膩?lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作通過(guò)對(duì)Pt催化劑上活性位點(diǎn)的定性和定量分析，揭示了不同表面位點(diǎn)的電催化作用，為設(shè)計(jì)和開發(fā)更有效的電催化劑提供了理論指導(dǎo)。Edge sites dominate the hydrogen evolution reaction on platinum nanocatalysts. Nature Catalysis, 2024. DOI: 10.1038/s41929-024-01156-x
