Nature Communications: Pt-O键是析氢反应中优于金属Pt的活性位点

雨辰

2020-01-29

铂(Pt)通常被认为是最先进的析氢反应(HER)电催化剂。近几十年来，研究人员通过调控成分、形态和晶相等策略来研究提高铂的利用率和催化效率。这些研究大多揭示了Pt0金属的固有催化活性，然而，有关氧化铂的催化现象仍有待研究。例如，当金属Pt被氧化时，其HER活性明显好于金属元素Pt0，其原因目前尚未明确。因此，寻找更合适、更独特的氧化铂模型，从而揭示氧在铂基电催化剂中的作用，并设计开发出优于商用铂/碳的高效电催化剂是一个较大的挑战。近日，苏州大学的康振辉和东北师范大学的李阳光等人合作选择两个结构明确的多金属氧酸盐Na₅[H₃Pt^(IV)W₆O₂₄](PtW₆O₂₄)和Na₃K₅[Pt^(II)₂(W₅O₁₈)₂](Pt₂(W₅O₁₈)₂)作为铂氧化物的研究模型，研究其电催化性能。电催化实验表明，PtW₆O₂₄/C和Pt₂(W₅O₁₈)₂/C在77 mV时的质量活性分别为20.175 A mg⁻¹和10.976 A mg⁻¹，优于商业20% Pt/C催化剂(0.398 A mg⁻¹)。原位同步辐射实验和DFT计算表明，在HER过程中，Pt-O键应该是HER的活性位点，其中，Pt主要是一个电子获取中心，而O则是一个质子吸附中心。当电化学过程中注入额外的电子和质子时，延长的Pt-O位点加速了电子和质子的耦合，导致Pt-O键上H₂的快速释放。因此，Pt-O可以作为针对HER的一个新的活性位点。该工作揭示了O原子在铂基电催化剂中的作用，提高了对基于Pt的HER电催化剂的进一步理解，对于设计制备高活性的Pt基电催化剂具有重要的借鉴意义。

Fei-Yang Yu; Zhong-Ling Lang; Li-Ying Yin; Kun Feng; Yu-Jian Xia; Hua-Qiao Tan; Hao-Tian Zhu; Jun Zhong; Zhen-Hui Kang; Yang-Guang Li. Pt-O bond as an active site superior to Pt 0 in hydrogen evolution reaction. Nature Communications, 2020.

DOI: 10.1038/s41467-019-14274-z

https://doi.org/10.1038/s41467-019-14274-z