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Nature子刊：過(guò)電位僅為25 mV! 富勒烯C60表面單原子Pt加速堿性氫析出

氫燃料具有清潔無(wú)污染、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，是21世紀(jì)最有前途的能源之一。在目前的制氫方法中，電催化析氫反應(yīng)(HER)以其簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)成為一種有前途的制氫方法。然而，由于在催化劑表面水吸附和解離以及隨后的*H吸附和產(chǎn)生的H₂解吸的高能壘，HER動(dòng)力學(xué)，特別是在堿性電解質(zhì)中特別緩慢。因此，開(kāi)發(fā)高效堿性HER催化劑以提高其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)具有重要意義。

近日，華中科技大學(xué)李芳芳、彭平、德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校Luis Echegoyen和中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所宋術(shù)巖等以C₆₀為電子受體載體，在室溫下合成了高負(fù)載、高分散的Pt催化劑(Pt/C₆₀)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為Pt?C₆₀聚合物，一個(gè)Pt位點(diǎn)可以與兩個(gè)C₆₀分子相結(jié)合。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在1.0 M KOH溶液中，所制備的Pt/C₆₀催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的HER過(guò)電位僅為25 mV，Tafel斜率和交換電流密度分別為55 mV dec^?1和2.8 mA cm^?2，性能優(yōu)于商業(yè)20 wt% Pt/C催化劑。

此外，Pt/C₆₀催化劑還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其在10 mA cm^?2電流密度下連續(xù)工作100小時(shí)過(guò)電位僅增加31.5 mV；雖然在長(zhǎng)期耐久性試驗(yàn)中催化劑上形成了更多的Pt簇，但簇的尺寸保持不變。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，Pt/C₆₀催化劑的優(yōu)異HER活性歸功于：1.高負(fù)載、高分散的原子Pt活性中心，使Pt原子的利用率最大化；2.Pt/C₆₀促進(jìn)了水的吸附，C₆₀?Pt?C₆₀構(gòu)型中兩個(gè)相鄰C₆₀分子彎曲表面誘導(dǎo)的球殼狀電子云在Pt周圍形成內(nèi)置電場(chǎng)，并從Pt中心原子輻射出來(lái)，促進(jìn)了H在Pt位點(diǎn)上的解吸，從而有效地增強(qiáng)了電催化析氫活性。

總的來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了金屬-富勒烯聚合物在電催化領(lǐng)域應(yīng)用的空白，而且為設(shè)計(jì)高效的單原子催化劑提供了范例。

Single-atomic Platinum on Fullerene C₆₀ Surfaces for Accelerated Alkaline Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38126-z

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/06/7505c94099/

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