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開發(fā)用于堿性析氫反應（HER）的活性單原子催化劑（SAC）是降低綠色制氫成本的有效途徑。然而，活性位點周圍的化學環(huán)境與其預期的催化活性之間的相關性尚不清楚。

基于此，新加坡國立大學汪磊教授和北京化工大學劉軍楓教授（共同通訊作者）等人報道了一種通過將鉑（Pt）原子錨定在NiFe層狀雙氫氧化物（NiFe-LDH）上制備的SACs（Cl-Pt/LDH）。

測試發(fā)現(xiàn)，Cl-Pt/LDH表現(xiàn)出30.6 A mg_Pt^-1的高質(zhì)量活性和在100 mV過電位下30.3 H₂ s^-1的周轉(zhuǎn)頻率，顯著高于最先進的Pt-SACs和商用Pt/C催化劑。在實際條件下，利用該催化劑組裝的堿性水電解槽能獲得80%以上的高能量效率。

第一性原理模擬，以合理化堿性HER中Pt SACs的軸向-配體效應。對堿性HER在Pt-SACs上的逐級反應障礙進行了模擬，包括水解離的Volmer步驟、*OH的解吸以及隨后的H*轉(zhuǎn)化為H₂。

對于Volmer步驟，所有鹵素配位Pt/LDHs都比Pt(111)具有更強的水吸附能力和更大的水分解焓，導致Volmer步驟加速。其中Cl-Pt/LDH在Volmer步的能壘最?。?.073 eV）。

此外，Cl-Pt-位點在Pt-SACs中也表現(xiàn)出最優(yōu)的H結(jié)合能，導致H*轉(zhuǎn)化為H₂的最有利的動力學。

雖然Pt(111)的H結(jié)合能比Cl-Pt/LDH略優(yōu)化，但它的水解離步驟可能較慢，導致整體HER動力學較慢。

結(jié)果表明，H結(jié)合能并不是堿性HER的唯一描述符，OH結(jié)合能也起著重要作用。

計算了Pt-SACs d軌道的預測態(tài)密度（PDOS）。計算出孤立電子占據(jù)的窄Pt-5d軌道的平均能級，分別為- 0.901，-0.919，-0.977，-1.005 和-1.052 eV。計算結(jié)果表明，利用軸向配體修飾Pt單原子位點的電子結(jié)構是調(diào)節(jié)HER活性的有效策略。

Pinpointing the axial ligand effect on platinum single-atom-catalyst towards efficient alkaline hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-34619-5.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34619-5.

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汪磊/劉軍楓Nature子刊：Cl-Pt/LDH實現(xiàn)高效堿性HER

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