鉑（Pt）基催化劑在氫化學(xué)和電化學(xué)的多種催化應(yīng)用中，例如析氫反應(yīng)（HER）占據(jù)關(guān)鍵位置。然而，由于電子軌道的能級分布不同，吸附在載體上的Pt原子通常會導(dǎo)致金屬Pt的電子結(jié)構(gòu)和HER行為嚴(yán)重失配。

基于此，四川大學(xué)程沖研究員和邱邐教授、南方科技大學(xué)王陽剛副教授以及南京航空航天大學(xué)王毅教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了使用具有強(qiáng)Pt-O-金屬共價(jià)鍵的以Pt為中心的多金屬氧酸鹽框架在金屬碳化物（即Pt_doped@WC_x和Pt_doped@MoC_x）中設(shè)計(jì)晶格限制的原子Pt。

實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，Pt_doped@WC_x和Pt_doped@MoC_x都表現(xiàn)出與Pt@C競爭的HER性能。值得注意的是，碳化鎢（WC）中晶格受限的原子Pt（Pt_doped@MoC_x，Pt和W的原子半徑均為1.3 ?）表現(xiàn)出接近零的價(jià)態(tài)和與金屬Pt相似的電子結(jié)構(gòu)，從而提供匹配的能級分布Pt 5d_z2和H 1s軌道和類似的酸性析氫行為。因此，在吸附H*時(shí)提供與金屬Pt表面相似的催化行為，遠(yuǎn)優(yōu)于吸附的Pt位點(diǎn)在WC（Pt_ads@WC_x）上。

此外，WC降低了水的解離能壘，有利于水解離和H*傳輸，在堿性條件下Pt_doped@MoC_x的質(zhì)量活性（在?=150 mV時(shí)為49.5 A mg_Pt^-1）是Pt@C的40倍?？傊?，合成的Pt_doped@MoC_x在酸性和堿性溶液中均顯著優(yōu)于許多已報(bào)道的Pt基HER催化劑。這些發(fā)現(xiàn)為構(gòu)建用于廣泛催化反應(yīng)的急需的原子級催化劑提供了一種新的通用途徑。

Crystalline Lattice-Confined Atomic Pt in Metal Carbides to Match Electronic Structures and Hydrogen Evolution Behaviors of Platinum. Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202206368.

https://doi.org/10.1002/adma.202206368.