为实现人类社会的可持续发展，可再生能源制氢已成为新能源领域的重点发展方向，大量研究工作致力于制备高效的电解水产氢催化剂。贵金属Pt被认为是析氢活性最高的材料，这是由于氢原子(H*)与Pt原子之间存在最适宜强度的吸附键，因此Pt被公认为是电催化析氢的最佳的活性中心。

合肥工业大学何建波课题组报道了有关析氢活性中心的另一种可能。他们制备了一种ZIF-8衍生的多孔富氮十二面体基质，通过电沉积方法在其孔隙中分散了~2.8 mg cm⁻²的Pt NPs，在1.0 M的硫酸中析氢活性明显优于工业Pt/C催化剂(300 mg Pt cm⁻²)。在50 mV过电势时，催化剂可以产生117 mA cm⁻²的析氢电流密度，而Pt/C的电流密度为50mA cm⁻²。他们进而证明了催化剂中真正的活性中心是Pt NPs表面结合的咪唑N原子。由于N原子的电子供体性质，在析氢过程中可以作为质子(H⁺)锚点。

上述结论主要基于以下实验和理论结果：

(1) 实验表明Pt NPs表面既没有发生H*吸附，也没有发生Pt氧化。这是因为微量Pt NPs的表面被咪唑环所覆盖而没有暴露在电解液中。

(2) 用6种金属离子特别设计的实验证明，不同金属离子对该催化剂上的析氢反应具有不同程度的抑制作用，而这取决于金属离子对咪唑N原子的配位能力。这种金属配位作用占据了一部分咪唑N原子，从而减少了析氢反应的活性位点，导致析氢电流下降。

(3) 咪唑N位点上H*的吸附自由能ΔG_H*的DFT计算值明显小于Pt(111)表面上ΔG_H*的绝对值。

上述以Pt支撑的N原子作为活性中心的电催化析氢机制表现出卓越的催化活性，这一结果有望鼓励更多的以氮原子为活性中心的新型催化剂的研究。

论文信息：

The C{attr}3225{/attr}ral Role of Nitrogen atoms in a Zeolitic Imidazolate Framework-Derived Catalyst for Cathodic Hydrogen Evolution

Dr. Meng-Jie Zhao, Sheng-Ying Su, Ning Deng, Jun-Qing Shi, Dr. Fang Li, Prof. Jian-bo He*

文章第一作者为赵梦杰

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202101337