電化學(xué)析氫反應(yīng)(HER)是一種生產(chǎn)清潔氫氣的有效方法，鉑(Pt)被認為是酸性和堿性電解質(zhì)中HER的基準催化劑。然而，Pt在析氫中的大量利用受到其高成本和低存儲量的阻礙。因此，探索穩(wěn)定、活性和具有成本效益的Pt基催化劑至關(guān)重要。

近日，澳門大學(xué)洪果、蘇州大學(xué)李有勇等報道了一種具有各向異性超結(jié)構(gòu)(ASs)的嵌有單原子Pt的六方密堆積鎳(hcp Ni)納米片(Pt/Ni ASs)，以實現(xiàn)高效析氫。

在堿性電解質(zhì)中，與商業(yè)Pt/C相比，Pt/Ni ASs顯示出顯著的HER活性增強。Pt/Ni ASs在特定電流密度(10 mA cm^-2)下的過電位為28 mV，而Pt/C的過電位為71 mV。

此外，Pt/Ni ASs 在100 mV的過電位下具有30.2 A mg_Pt^-1的質(zhì)量活性，是Pt/C(2.6 A mg_Pt^-1)的10.6倍。Pt/Ni ASs顯示出出色的循環(huán)穩(wěn)定性，7000 次循環(huán)后，在10 mA cm^-2電流密度下的過電位僅增加了2 mV。

具有優(yōu)異電催化性能的Pt/Ni ASs可歸因于各向異性超結(jié)構(gòu)的大表面積、hcp Ni基材和表面上的單原子Pt。為了從理論上揭示亞穩(wěn)態(tài)hcp Ni對堿性中單原子Pt HER的增強作用，研究人員進行了第一性原理計算。

結(jié)果表明，Pt/Ni ASs在堿性條件下的HER遵循解離-擴散-解吸過程，其中亞穩(wěn)態(tài)的hcp Ni促進了水的解離、氫吸附和遷移以及單原子Pt負責(zé)氫的形成。Pt/Ni ASs催化劑表現(xiàn)出原子Pt和hcp Ni ASs之間的協(xié)同相互作用，在實驗中產(chǎn)生了優(yōu)異的 HER活性。

Monoatomic Platinum-Embedded Hexagonal Close-Packed Nickel Anisotropic Superstructures as Highly Efficient Hydrogen Evolution Catalyst. Nano Letters, 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02313