與廣泛使用的晶體載體不同，非晶材料由于其獨特的長程無序和各向同性結(jié)構(gòu)特征，在優(yōu)化單原子(SA)的幾何和電子結(jié)構(gòu)方面顯示出獨特的優(yōu)勢。無定形載體上的無序相鄰原子可以幾何地改變活性位點并重新排列電子分布，這可能加速活性中心之間的電荷轉(zhuǎn)移，并增強活性位點的電化學活性。同時，非晶載體中大量的懸空鍵和缺陷可以錨定SA，有效地提高SA催化劑長期使用的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，非晶載體表面暴露的金屬原子的高度配位不飽和局部環(huán)境可以提供構(gòu)建金屬-金屬鍵合的可能性，這種新結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)SA催化劑的電子結(jié)構(gòu)，進一步提高催化性能。
基于此，北京航空航天大學郭林、康建新和湘潭大學孫秀娟等通過可控的電化學還原策略在非晶Ni(OH)2納米片上進行Pt-Ni鍵合固定，制備出新型Pt SA催化劑。非晶載體的配位不飽和原子結(jié)構(gòu)為PtCl62?離子的吸附提供了足夠的位置，而還原產(chǎn)生的Pt SA被氧空位上暴露的Ni金屬位捕獲，形成Pt-Ni鍵而不是傳統(tǒng)的Pt-O鍵。密度泛函理論(DFT)計算和原位拉曼光譜學都顯示該Pt SA的活化氫原子吸附能力增強，這促進了非晶態(tài)Ni(OH)2載體和Pt SA之間在堿性條件下的氫溢出過程；此外，非晶態(tài)Ni(OH)2有效地切割H2O分子并將氫原子傳遞到Pt位點，顯著增加Pt SA上的氫覆蓋率，從而提高HER性能。得益于SA與非晶載體之間的協(xié)同效應(yīng)，Pt-SA/a-Ni(OH)2催化劑僅需64 mV的過電位就能達到10 mA cm?2的電流密度，在48 mV過電位下的Pt質(zhì)量歸一化電流密度為1000 mA cm?2 mg?1Pt，優(yōu)于商業(yè)Pt/C催化劑。此外，Pt-SA/a-Ni(OH)2在連續(xù)電解150小時過程中仍保持良好的活性，且反應(yīng)后材料的形貌和結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。總的來說，該項工作將SA與非晶載體進行耦合顯著提高了電化學性能，這為可控地調(diào)制SA催化劑的電子態(tài)以提高催化性能提供了的思路。Achieving negatively charged Pt single atoms on amorphous Ni(OH)2 nanosheets with promoted hydrogen absorption in hydrogen evolution. Nano-Micro Letters, 2024. DOI: 10.1007/s40820-024-01420-6
