JACS: 热力学控制原子配对：电位窗口策略实现双原子电催化剂的精准合成
云深
全文概要
中国工程物理研究院Rui Li、Xin Xiang和Jingsong Xu等研究团队 报道了一种通过热力学控制的顺序电沉积策略，实现了贵金属基双原子催化剂（DACs）的可扩展、原子级精准合成。该方法利用欠电位沉积（UPD）与电偶置换反应的级联，通过精准控制沉积电位窗口，引导第二金属原子在已锚定的第一金属原子位点进行特异性组装，有效抑制了金属的不可控聚集。所制备的锚定在硫掺杂石墨泡沫上的不对称Pt₂双原子催化剂（Pt₂/SGF）在酸性析氢反应（HER）中表现出卓越的性能。
本文要点
合成策略：首先通过位点特异性UPD和电偶置换在SGF上合成Pt单原子催化剂（Pt₁/SGF）。随后，利用Cu原子与Pt₁位点间的强亲和力，在特定热力学电位窗口内进行第二步Cu的UPD，将Cu原子精确沉积在Pt₁位点邻位，再经电偶置换得到目标Pt₂ DACs。该策略适用于多种金属（Pt, Pd）和可调控的载体。
结构表征：球差校正电镜（HAADF-STEM）直接观测到Pt₂双原子对，X射线吸收光谱（XAS）等分析证实其形成了不对称的Pt₂S₄构型，其中Pt原子间存在电子协同作用。
催化性能：Pt₂/SGF在0.5 M H₂SO₄中HER性能优异，达到10 mA cm⁻²电流密度仅需24.2 mV过电位，显著优于Pt₁/SAF、Pt团簇及商业Pt/C催化剂。其质量活性在50 mV过电位下可达2.37 A mg⁻¹。
机理阐释：理论计算表明，Pt二聚体内部的协同电子转移优化了氢中间体的吸附自由能（ΔGH* = -0.06 eV），从而提升了本征活性。热力学分析揭示了通过沉积电位控制实现原子级选择性组装的机理。
文献详情
Jingsong Xu, Hang Zhong, Yuhan Wu, et al. Thermodynamic Controlled Atomic Pairing: A Potential Window Strategy for Precise Synthesis of Dual-Atom Electrocatalysts via Sequential Electrodeposition, J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.5c15330
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https://doi.org/10.1021/jacs.5c15330
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