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【DFT+實(shí)驗(yàn)】Nature子刊：提高12倍！Pt/C60加速堿性HER

膜基堿性水電解槽是一種具有低成本的綠色制氫技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)障礙之一是堿性析氫反應(yīng)（HER）活性催化劑材料的開發(fā)。

基于此，新加坡國立大學(xué)汪磊教授和Sergey M. Kozlov、浙江大學(xué)孫文平研究員等人報(bào)道了通過將鉑（Pt）簇錨定在二維（2D）富勒烯（C₆₀）納米片上，Pt對(duì)堿性HER的活性可顯著增強(qiáng)。測試發(fā)現(xiàn)，Pt/C₆₀復(fù)合材料對(duì)堿性HER的本征活性比最先進(jìn)的Pt/C催化劑高12倍。在工業(yè)相關(guān)測試條件下，使用Pt/C₆₀復(fù)合材料組裝的堿性水電解槽達(dá)到了74%的能源效率和穩(wěn)定性。

通過DFT計(jì)算和使用在C₆₀晶體(011)表面上Pt納米晶體模的微動(dòng)力學(xué)分析，作者研究了Pt/C₆₀相互作用對(duì)HER活性影響的機(jī)理。

作者首先使用改進(jìn)的嵌入原子方法（MEAM）原子間電位篩選了數(shù)千種Pt/C₆₀界面的暫定結(jié)構(gòu)，以獲得真實(shí)的Pt/C₆₀(011)模型。然后，通過PBE + D3密度泛函進(jìn)一步優(yōu)化得到能量最低的16種不同結(jié)構(gòu)，以確定能量最穩(wěn)定的界面構(gòu)型。

Bader分析表明，金屬-載體電子相互作用導(dǎo)致1.90個(gè)電子從Pt團(tuán)簇轉(zhuǎn)移到C₆₀平面，導(dǎo)致Pt原子在Pt/C₆₀界面上帶約+0.1電荷。雖然Pt將電子貢獻(xiàn)給C₆₀載體，但對(duì)Pt/C₆₀中電子密度極化的分析顯示，每Pt簇的7.1德貝偶極矩指向C₆₀載體。這些C原子的態(tài)電子密度（DOS）與遠(yuǎn)離Pt的c原子相比，表現(xiàn)出更分散的分布。

需注意，在Pt/石墨烯體系中沒有觀察到顯著的DOS差異，其結(jié)構(gòu)與之前設(shè)計(jì)的Pd/石墨烯模型相似。因此，DOS分析進(jìn)一步證實(shí)了Pt/C₆₀界面存在的電子相互作用。

Diversity of platinum-sites at platinum/fullerene interface accelerates alkaline hydrogen evolution. Nat. Commun., 2023.

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