与化石燃料相比，氢具有能量密度高、环境友好等优点，具有广阔的应用前景。电化学分解水被认为是一种非常有前途和容易实现的制取清洁氢能的方法，但是缓慢的析氢反应(HER)过程阻碍了其进一步的实际应用。
因此，开发高效的电催化剂来加速这一过程是提高能量转换效率的关键。Pt基材料具有较高的催化活性和稳定性，是目前最先进的析氢催化剂，但Pt的稀缺性和高成本阻碍了其大规模应用。因此，开发可替代Pt的催化剂以减少贵金属的使用、提高原子的利用效率，以及降低水解离的能垒至关重要。近日，天津大学胡文彬、韩晓鹏和新加坡国立大学陈伟等通过在超薄氧化镍纳米片上负载铂单原子(SAs)(PtSA-NiO)诱导的自门效应，开发了一种高效的析氢反应(HER)电催化剂。具体而言，Pt SA的引入可以诱导p型NiO向n型PtSA-NiO转变。对于p型NiO，由于费米能级低，能带向下弯曲；该n型阴极在析氢过程中发生了自门现象，产生了漏电(“活性”)和金属-绝缘体-半导体(“惰性”)区域的混合物。离子门和反向电位诱导的“惰性”区域能够在超高电场下积累相对较高的表面电荷浓度，使PtSA-NiO具有高导电性；同时，在PtSA-NiO纳米片上的Pt SA位点(活性区域)发生HER反应。因此，所制备的PtSA-NiO催化剂在1.0 M KOH溶液中达到10 mA cm−2电流密度仅需55 mV的过电位，Tafel斜率为36 mV dec−1。此外，PtSA-NiO在10 mA cm−2电流密度下连续运行25个小时而没有发生明显的活性衰减，并且其在稳定性测试后仍保留良好的相结构，表明PtSA-NiO具有优异的反应稳定性。总的来说，该项工作证明了构建特定活性中心和调控电子结构对提高单原子催化剂活性具有重要意义，这为设计高活性的单原子HER催化剂提供了思路。Single-Atom Pt Doping Induced p-Type to n-Type Transition in NiO Nanosheets toward Self-Gating Modulated Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c06595
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