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周偉家/宋克鵬AM：激光燒蝕用于合成PtMo單原子合金，實現(xiàn)超低電壓制氫

清潔和可再生氫氣具有高能量密度和環(huán)保等的優(yōu)點受到人們廣泛關(guān)注。電化學水分解是生產(chǎn)綠色氫燃料的可持續(xù)的策略。在電解水過程中，貴金屬基催化劑，如鉑(Pt)，由于其適當?shù)腍吸附(ΔG_H*)，在析氫反應(HER)中表現(xiàn)出巨大的前景，但貴金屬的稀缺性和高價格限制了其大規(guī)模商業(yè)應用。100%原子利用率的單原子催化劑(SACs)為實現(xiàn)貴金屬的成本效益提供了一個有效的途徑。

此外，由于金屬相互作用強，使單金屬催化劑發(fā)生合金作用，可以改變其電子特性，優(yōu)化ΔG_H*。因此，通過原子分散最大限度地提高Pt原子利用效率，以及通過固定在金屬基板上的單原子合金(SAAs)來提高催化活性，有可能實現(xiàn)高效催化電解水產(chǎn)氫。

基于此，濟南大學周偉家和山東大學宋克鵬等采用激光燒蝕策略，合成了Pt單原子錨定鉬箔作為單原子合金電極(Pt-SA/Mo-L)，并將其作為高效HER催化劑。具體而言，單原子合金的成功合成主要來自于激光的局部熱效應、激光的快速上升冷卻速率和激光在溶液中產(chǎn)生的還原性H₂氣體。

性能測試結(jié)果顯示，Pt單原子與Mo底物的強鍵合有利于Pt-SA/Mo-L電極的高效HER活性。在0.5 M H₂SO₄溶液中，該電極在10 mA cm^?2電流密度下的過電位僅為31 mV，同時其在高電流密度下(~850 mA cm^?2)能夠連續(xù)穩(wěn)定運行穩(wěn)定性50小時。

此外，研究人員采用低電位陽極氧化反應(AOR)取代析氧反應(OER)，以提高整體水分解性能。由于金屬Mo的AOR電位比OER要低得多，(?)Pt-SA/Mo-L||Mo-AOR(+)電解槽僅需0.598 V的電壓就能達到50 mA cm^?2的電流密度，并且其能夠在1.2 V電池電壓下連續(xù)穩(wěn)定運行150小時，表明該電解槽具有實際應用的潛力。

更重要的是，研究人員還利用激光燒蝕策略實現(xiàn)了其他貴金屬(Pt、Rh、Ir和Ru)在Mo箔上的單原子分布，證明該策略的普適性。因此，該項工作為制備貴金屬單原子催化劑以實現(xiàn)了超低電壓、無膜、高通量制氫提供了新策略。

Laser synthesis of PtMo single-atom alloy electrode for ultra-low voltage hydrogen generation. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202305375

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/11/15/74f20214a6/

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