第一作者：Runguo Wang, Dong Chen

通訊作者：伍志鯤，廖玲文，楊軍,

通訊單位：中科院固體物理所，中科院過程所

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本研究成功合成了具有環(huán)境穩(wěn)定性的原子級精確的~1 nm Pt?? 納米催化劑，并通過質(zhì)譜和單晶X射線衍射分析對其進(jìn)行了精確表征。

這些納米催化劑在無需煅燒等預(yù)處理的情況下，展現(xiàn)出比商用Pt/C催化劑更高的催化活性，特別是在酸性條件下催化氧還原反應(yīng)（ORR）。

此外，Pt?? 納米催化劑還表現(xiàn)出68.4%的光熱轉(zhuǎn)換效率，具有至少六次循環(huán)使用的潛力，為實際應(yīng)用展示了巨大的潛力。

圖文導(dǎo)讀：

圖1：通過混合配體保護(hù)策略平衡穩(wěn)定性和催化活性的示意圖。

圖2：(a) Pt?? 納米團(tuán)簇核心結(jié)構(gòu)的頂視圖和側(cè)視圖；(b) Pt?? 核心中的黃金分割五邊形環(huán)；(c) Pt?? 核心外圍的CO和Cl配位模式；(d) Pt?? 納米團(tuán)簇中的保護(hù)配體的配位模式；(e) Pt?? 納米團(tuán)簇的完整結(jié)構(gòu)。

圖3：(a) Pt?? 納米團(tuán)簇沿x軸通過分子間H???Cl鍵連接成鏈狀結(jié)構(gòu)；(b) 通過分子間H???O鍵、π-π堆積和C-H???π相互作用組裝成的三維結(jié)構(gòu)；(c) 三維結(jié)構(gòu)中的分子間相互作用。

圖4：(a) 在N?飽和的0.1 M HClO?溶液中，掃描速率為50 mV s?1時的循環(huán)伏安圖；(b) 在O?飽和的0.1 M HClO?溶液中，掃描速率為10 mV s?1，轉(zhuǎn)速為1,600 rpm時的ORR極化曲線；(c) 在0.9 V下Pt??納米團(tuán)簇和商用Pt/C催化劑的活性比較；(d) 兩個納米催化劑的Tafel圖；(e) 在不同轉(zhuǎn)速下Pt??納米團(tuán)簇的ORR極化曲線；(f) 經(jīng)過10,000個電位循環(huán)前后Pt??納米團(tuán)簇的ORR極化曲線。

圖5：(a) Pt?? 納米團(tuán)簇的D位點和Pt納米顆粒的(111)面上ORR途徑的自由能圖；(b) 去除連接2層和3層的CO后，D位點的示意圖；(c)-(e) D位點上ORR中間體OOH?、O?和OH?的吸附模型。

圖6：(a) 在532 nm激光照射下，不同濃度的Pt??溶解于乙二醇中的紅外熱像圖隨時間變化；(b) Pt??溶液的溫度變化與不同濃度的關(guān)系；(c) 1 mg/mL Pt??溶液在532 nm激光(1 W cm?2)照射下的光熱穩(wěn)定性測試。

亮點介紹：

1. 利用混合配體保護(hù)策略成功合成了最大的有機(jī)配體保護(hù)的~1 nm Pt?? 納米催化劑，具有環(huán)境穩(wěn)定性。

2. Pt?? 納米催化劑在無需煅燒等預(yù)處理的情況下，展現(xiàn)出比商用Pt/C催化劑更高的催化活性，特別是在酸性條件下催化氧還原反應(yīng)（ORR）。

3. 通過質(zhì)譜和單晶X射線衍射分析精確表征了Pt?? 納米催化劑的結(jié)構(gòu)，揭示了其獨特的核結(jié)構(gòu)和配位模式。

4. Pt?? 納米催化劑展現(xiàn)出68.4%的光熱轉(zhuǎn)換效率，具有至少六次循環(huán)使用的潛力，為實際應(yīng)用展示了巨大的潛力。

5. 密度泛函理論(DFT)和d帶中心計算解釋了Pt?? 納米催化劑的高催化活性和光熱性能，為未來超小型納米電容器的應(yīng)用提供了新思路。

密度泛函理論DFT計算：

研究者進(jìn)行了DFT計算以探究Pt??納米催化劑的催化活性。計算結(jié)果顯示，去除CO配體后形成的活性位點對于氧還原反應(yīng)（ORR）具有更高的催化活性。

DFT計算還揭示了Pt??納米催化劑的d帶中心相對于塊材Pt的降低，這有助于減弱氧還原中間體在催化劑表面的吸附，從而提高催化活性。

通過DFT計算得到的自由能圖表明，Pt??納米催化劑上的ORR過程的速率決定步驟（RDS）所需自由能較低，這解釋了其比商用Pt/C催化劑更高的ORR活性。

DFT計算為理解Pt??納米催化劑的催化機(jī)制提供了重要的理論依據(jù)，并為實驗結(jié)果提供了深入的解釋。

文獻(xiàn)信息：

標(biāo)題：Atomically Precise Nanometer-Sized Pt Catalysts with an Additional Photothermy Functionality

期刊：Angew. Chem. Int. Ed.