水電解法是一種很有前途的制氫(H2)的方法，并且該技術(shù)能夠有效緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。根據(jù)Sabatier原理，Pt被認(rèn)為是析氫反應(yīng)的基準(zhǔn)催化劑，因?yàn)镻t對H*中間體的吸附自由能接近零，而且在“火山曲線”頂部具有最佳的反應(yīng)活性。為了提高Pt的競爭力，開發(fā)高活性、低負(fù)載量和經(jīng)濟(jì)合算的Pt基電催化劑是當(dāng)務(wù)之急。由于Pt基催化劑具有豐富的可調(diào)電子，調(diào)節(jié)金屬載體相互作用(MSI)有利于實(shí)現(xiàn)大電流密度條件下HER。因此，探索合適的負(fù)載方式，充分理解載體與Pt之間的電子效應(yīng)是關(guān)鍵。
近日，西南交通大學(xué)張顏、馮慶國和中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院方玲等通過簡單可控的低溫固液反應(yīng)(“鉑化”反應(yīng))，成功地將Ptδ+摻雜到具有豐富電子特性的不同載體(Co3O4、COF、NiO和CeO2等)中(Pt/X)，并研究了這些催化劑的HER催化行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Pt/Co3O4和Pt/COF表現(xiàn)出最出色的HER性能，在10 mA cm-2電流密度下的過電位分別低至21和23 mV，低于各自初始底物和商業(yè)Pt/C (37 mV)，表明Ptδ+的添加有效地增加了原始底物的HER活性。此外，雖然Pt/Co3O4上Pt的載荷只有0.63 wt%，但其在500 mV過電位下的電流密度是商業(yè)Pt/C的3.22倍，可以說低Pt含量的Pt/Co3O4能夠滿足工業(yè)所需的大電流密度。原位光譜表征和理論計(jì)算表明，Pt/Co3O4和Pt/COF有利的反應(yīng)動力學(xué)歸因于Pt化反應(yīng)導(dǎo)致在界面形成Ptδ+/富電子位點(diǎn)，富電子位點(diǎn)與Ptδ+之間的協(xié)同效應(yīng)在材料中產(chǎn)生新的雜化電子態(tài)，這調(diào)節(jié)了催化劑表面的電荷分布，有效地增強(qiáng)了費(fèi)米能級附近d電子的主導(dǎo)作用，提高了材料的電導(dǎo)率和減弱H*的吸附，進(jìn)而優(yōu)化了催化性能。總的來說，該項(xiàng)工作通過簡單和快速的策略將Pt固定在不同的載體上并深入揭示Pt與載體之間的相互作用，為開發(fā)高效的Pt基HER電催化劑提供了重要指導(dǎo)。Inducing a synergistic effect on Ptδ+/electron-rich sites via a platinization strategy: generating hyper-high current density in hydrogen evolution reaction. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c03031
