通讯作者：Zhaojun Han；卢迅宇 通讯单位：新南威尔士大学 铂是酸性条件下最有效的析氢催化剂，但其稀缺性和成本高阻碍了其广泛应用。 基于此，新南威尔士大学卢迅宇教授和澳大利亚联邦工业研究组织和新南威尔士大学Zhaojun Han以Co/N共掺杂碳(CoNC)为载体，制备了含有Pt-O-Pt单元的Pt原子簇(Pt ACs)。PtACs/CoNC在10 mA cm−2时仅表现出24 mV的过电位，在50 mV时表现出28.6 A mg-1的高质量活性，比任何铂负载下的商业Pt/C高出6倍以上。
图1. Pt-ACs/CoNC的结构表征。 相关工作以“Modulating Pt-O-Pt atomic clusters with isolated cobalt atoms for enhanced hydrogen evolution catalysis”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。
图2.I/I-C/I-C-Tb的PXRD (a), II/II-C-/II-C-Tb的PXRD(b), I/I-C的N2等温线(c)，II/II-C的N2等温线(d)。I-C/I-C-Tb (e)和II-C/II-C-Tb (f)的接触时间为5 ms的1H→13C的固态NMR谱图。 要点1. 该催化剂中，孤立的Co原子和N共掺杂多孔碳(CoNC)被用作独特的衬底来支撑Pt ACs (Pt-ACs/CoNC)的形成。CoNC中的Co原子作为Pt的锚定位点，形成强的金属-载体相互作用，可以有效地防止Pt原子在纳米粒子中不必要的聚集。 要点2. X光吸收光谱(XAS)和密度泛函理论(DFT)揭示了Pt的Pt ACs由原子桥接与O原子，形成比Pt原子更低的氧化态Pt的Pt-O-Pt单位Pt，将减少Pt-ACs/CoNCPt周围O原子电荷离域。Pt-O-Pt单元中相邻的富电子Pt原子的存在使其成为H2生成的主要活性位点，这些O连接子进一步促进了吸附H*的转移和H2的脱附。 要点3. 合成的Pt-ACs/CoNC对HER表现出特殊的催化活性，仅需要24 mV的过电位就可以达到10 mA cm-2的电流密度。在过电位为50 mV时，Pt-ACs/CoNC的质量活性为28.6 A mg-1，优于同等条件下Pt含量为20 wt%的商品Pt/C。 这个简单的方法被推广到制备由CoNC负载的Ru ACs和Ir ACs，显示出理想的电催化性能。这项工作为制备具有理想电催化性能的单原子催化剂稳定的稀有金属ACs开辟了一条新途径。
图3. Pt-ACs/CoNC和对照HER催化剂的电催化性能。
图4. DFT计算结果。
图5. Ru-ACs/CoNC和Ir-ACs/CoNC的表征及其HER性能。 链接： https:///10.1038/s41467-022-30155-4 |
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