納米材料的晶體結(jié)構(gòu)工程對于電催化劑的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。誘導(dǎo)位錯(cuò)是在納米材料中產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)以優(yōu)化晶體和電子結(jié)構(gòu)并改善催化性能的有效方法。然而，在商業(yè)主流催化劑中幾乎不可能產(chǎn)生和保留位錯(cuò)，例如單金屬鉑(Pt)催化劑。

基于此，天津大學(xué)陳亞楠團(tuán)隊(duì)提出了一種簡便的非平衡HTS方法，通過引入液氮冷卻介質(zhì)，在極端環(huán)境中生成富含位錯(cuò)的單Pt納米粒子(Dr-Pt)。

位錯(cuò)引起的應(yīng)變效應(yīng)介導(dǎo)了電子結(jié)構(gòu)并優(yōu)化了Dr-Pt的催化活性，包括降低過電位和增加穩(wěn)定性。在1M KOH溶液中，與Dp-Pt(在10 mA cm^-2時(shí)具有≈45 mV的過電位)相比，Dr-Pt表現(xiàn)出較低的過電位(在10 mA cm^-2時(shí)具有≈45 mV的過電位)。

另外，Dr-Pt在10 mA cm^-2的電流密度下連續(xù)運(yùn)行20小時(shí)，催化劑顯示出高電催化穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，長期反應(yīng)后位錯(cuò)保留良好。

MD模擬表明由于快速加熱和冷卻導(dǎo)致位錯(cuò)形成，表明存在溫度引導(dǎo)的熱應(yīng)力效應(yīng)。同時(shí)，進(jìn)行了系統(tǒng)密度泛函理論(DFT)計(jì)算來進(jìn)一步研究Dr-Pt高活性的性質(zhì)。結(jié)果表明，位錯(cuò)引起的應(yīng)變效應(yīng)可以通過調(diào)節(jié)Pt原子的電子結(jié)構(gòu)來優(yōu)化H_ad的吸附能。

綜上，環(huán)境HTS可以促進(jìn)富含位錯(cuò)的單金屬納米粒子的制備，以提高 HER性能，并為具有豐富產(chǎn)氫缺陷的催化劑的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供新的指導(dǎo)。

Extreme Environmental Thermal Shock Induced Dislocation-Rich Pt Nanoparticles Boosting Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202106973