目前，鉑(Pt)基催化劑被認(rèn)為是在酸性條件下最有效的電解水產(chǎn)氫催化劑。但是，這些貴金屬稀缺且穩(wěn)定性差，因此需要開發(fā)能夠在不犧牲電催化性能的情況下顯著降低Pt含量的策略。一些基于電子金屬-支持相互作用(EMSI)的催化劑引起了人們的關(guān)注，如Pt-ACs/CoNCs、Pt/RuCeOx-PA和Pt/CoP等。其中，氧化鎢(WO₃)由于在酸性和中性條件下具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，以及可逆和快速的氫插入，被認(rèn)為是一種優(yōu)良的載體。

同時(shí)，人們已經(jīng)確定，依靠WO₃的可逆和快速質(zhì)子插入/提取來實(shí)現(xiàn)快速氫溢出以及調(diào)節(jié)局部類酸微環(huán)境有效地提高了催化劑在中性電解質(zhì)中的性能。盡管WO₃被認(rèn)為是EMSI的有希望的載體，但是其在酸性條件和高電流密度下的應(yīng)用卻很少被研究。

近日，內(nèi)蒙古大學(xué)王蕾、武利民和高瑞廷等利用Pt-N/O-W相互作用，在氨水存在的條件下構(gòu)建了負(fù)載Pt納米顆粒的Co摻雜WO₃(Pt/N-CoWO₃)，該催化劑在工業(yè)電流密度下表現(xiàn)出優(yōu)異的酸性產(chǎn)氫活性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在酸性條件下，Pt/N-CoWO₃催化劑僅需要94和108 mV的過電位就能分別達(dá)到1和2 A cm^?2的高電流密度；更重要的是，該催化劑能夠在1 A cm^?2電流密度下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超2000小時(shí)，且反應(yīng)后材料的形貌和結(jié)構(gòu)幾乎未發(fā)生變化，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

原位光譜表征和理論計(jì)算表明，N的引入對(duì)穩(wěn)定Pt更有效，而Co的引入對(duì)穩(wěn)定W更有效。同時(shí)，電子局域化(ELF)證實(shí)Pt/N-CoWO₃和Pt/N-CoWO₃中Pt與載體的相互作用強(qiáng)于Pt/CoWO₃，表明Pt-N/O鍵的形成是Pt在載體上穩(wěn)定化的主要原因。此外，Co摻雜導(dǎo)致CoO位點(diǎn)對(duì)H的吸收減弱，促進(jìn)了在WO₃相中的氫溢出；對(duì)于N，其主要促進(jìn)了H在界面上的遷移。綜上，Co和N的協(xié)同作用提高了HER的活性和穩(wěn)定性，這為開發(fā)在酸性條件下長(zhǎng)期運(yùn)行且具有多官能團(tuán)協(xié)同作用的高性能HER催化劑提供了指導(dǎo)。

Modulating Pt-N/O bonds on Co-doped WO₃ for acid electrocatalytic hydrogen evolution with over 2000 h operation. Advanced Energy Materials, 2024. DOI: 10.1002/aenm.202303635