第一作者：Yawen Chenong>

通讯作者：Jianguo Liu

通讯单位：Nanjing University

研究内容： 

单原子催化剂（SACs）可以实现贵金属的最终原子利用，从而提高水分解的经济性。然而，SAC 中的活性位点通常不足。因此，我们建议使用富含缺陷的多孔 Co₁NC 作为载体，在室温下通过温和的电化学还原制备 Pt1/Co₁NC。Pt₁/Co₁NC 表现出创纪录的高析氢反应 (HER) 活性，在 10 mA cm^-2 的电流密度下过电位仅为 4.15 mV。其质量活度在 20 mV 的过电位下达到 32.4 A mg^-1Pt，是 Pt/C 的 54 倍。周转频率在 20 mV 时高达 32.86 s^-1，在长期使用中具有出色的稳定性。我们的策略表明，氮/碳缺陷对于锚定和形成单分散的 Pt 活性位点至关重要，同时防止聚集。正如理论模拟所证实的那样，这些站点具有低能垒。因此，我们的方法为降低氢能成本提供了技术突破。

要点一： 

在这项研究中，我们提出了一种在室温下对富含缺陷的载体进行温和电化学还原的方法，以制备具有原子分散 Pt 作为有效 HER 催化位点的优异电催化剂。来自 Co 掺杂的 ZIF-8 的 Co₁NC 被用作具有丰富孔隙和缺陷的有前途的载体，以有效地锚定 Pt 前体并形成原子分散的 Pt-N/C 位点。

要点二：

与 PtNP/NC 和商业产品 20 wt% Pt/C（其中 Pt 以纳米颗粒形式存在）相比，Pt₁/Co₁NC 显示出低至 4.15 mV 的过电位，以实现 10 mA cm^-2 的电流密度。 其质量活度高达 32.4 A mg^-1Pt，是商业 20 wt% Pt/C 的 54 倍。同时，Pt₁/Co₁NC表现出优异的耐久性。5000 次循环后，过电位下降仅为 0.54 mV。我们的策略结果表明，Pt 物种可以牢固地锚定在富含缺陷的碳载体 Co₁NC 上，形成原子分散的 Pt-N/C 位点，而不是聚集体。此外，它们的 HER 催化活性和贵金属利用率显着优于基于纳米颗粒的传统电催化剂，这进一步得到了 DFT 模拟的支持。因此，我们的方法可以显着降低可再生电力制氢的成本，这对未来的氢社会是有利的。

图 1. Pt₁/Co₁NC 的制备示意图。

图 2. (a, b) TEM 图像、(c, d) HAADF-STEM 图像和 (e, f) Pt₁/Co₁NC 的 EDX 映射。

图 3. (a) Pt₁/Co₁NC 和参考的 Pt L3 边缘 XANES 光谱；(b) Pt₁/Co₁NC 的傅里叶变换 Pt L3 边缘 EXAFS 光谱，Pt 箔和 PtO₂ 供参考。 (c) Pt₁/Co₁NC 的小波变换 Pt L3 边缘 EXAFS 光谱，其中 Pt 箔和 PtO₂ 供参考。 (d) Pt₁/Co₁NC 和 (e) PtNP/NC 的高分辨率 Pt 4f XPS 光谱。

图 4.不同样品的 (a) Co₁NC、(b) NC、(c) Pt₁/Co₁NC、(d) Pt_NP/NC 和 (e) Area_D/Area_G 的拉曼光谱。

图 5. (a) Co₁NC、(b) NC、(c) Pt₁/Co₁NC 和 (d) Pt_NP/NC 的 XPS N 1s 光谱。

图 6. (a) Co₁NC、Pt₁/Co₁NC、Pt_NP/NC 和 20 wt% Pt/C 的极化曲线。(b) Co₁NC、Pt₁/Co₁NC、Pt_NP/NC 和 20 wt% Pt/C 的过电位@10 mA cm^-2和质量活度@20 mV。(c) Pt₁/Co₁NC 与最近报道的单原子催化剂之间周转频率 (TOF) 值的比较。(d) Pt₁/Co₁NC 和 20 wt% Pt/C 在 5000 次 CV 循环前后的极化曲线。

图 7. (a) 计算的各种活性位点的 HER 的 ΔGH* 值。(b) 各种活动站点的配置。(c) 沿碳配位数计算各种活性位点的 ΔGA_nchoring。

参考文献

Yawen Chen , Rui Ding , Jia Li , Jianguo Liu. Highly active atomically dispersed platinum-based electrocatalyst for hydrogen evolution reaction achieved by defect anchoring strategy. Applied Catalysis B: Environmental 301 (2022) 120830.