上海高等研究院Adv Mater：桥吸附氢中间体在Pt-Ru原子对的酸性制氢关键作用

纳米技术

2025-04-13

在Pt族金属上，顶位吸附（atop）氢和多重吸附氢被认为是酸性HER反应中的关键中间体，但是，桥位氢中间体（*H_bridge）在催化反应中的作用一直被忽视。有鉴于此，中国科学院上海高等研究院杨辉研究员、祖连海等报道开发了一种具有共晶结构的Pt原子链修饰的面心立方（fcc）Ru纳米晶体（Pt–Ru (fcc)），其特点是桥位点的氢中间体（*H_bridge）键合在Pt-Ru原子对上。

本文要点：

（1）

电子从Pt-Ru原子对位点跃迁至*H_bridge，能够促进氢原子脱附，加快Tafel动力学，确保优异的电催化性能，使得过电位非常低（在10 mA cm^-²电流密度得到过电势仅为4.0 mV），转化数目非常高（在50 mV的TON达到56.4 H₂ s⁻¹）。

（2）

值得注意的是，这种催化剂的Pt负载量非常低（仅为10 μg_Pt cm^-²）的质子交换膜水电解槽PEMWE实现了优异的活性（在1.0 A cm^-2电流密度下达到电压为1.61 V）和非常低的衰减速率（在1000 h内的衰减速率仅为4.0 μV/h），显著优于标杆催化剂Pt/C。此外，在相同条件下，以80 μm的Gore 膜构筑质子交换膜水电解槽仅需1.54 V和1.58 V的电压就分别达到1.0 A cm^-2和1.5 A cm^-2的电流密度。

这一发现突出了*H_bridge在Pt-Ru界面对于获得高HER本征活性的关键作用，并且展示了其设计清洁氢能下一代双金属催化剂方面的潜力。

参考文献

Hao Zhao, Baoxin Ni, Yongyu Pan, YuZe Li, Jun Li, Guoliang Wang, Zhiqing Zou, Kun Jiang, Qingqing Cheng, Lianhai Zu, Hui Yang, Key Role of Bridge Adsorbed Hydrogen Intermediate on Pt–Ru Pair for Efficient Acidic Hydrogen Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2025

DOI: 10.1002/adma.202503221

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503221