汪磊/刘军枫Nature子刊：Cl-Pt/LDH实现高效碱性HER

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开发用于碱性析氢反应（HER）的活性单原子催化剂（SAC）是降低绿色制氢成本的有效途径。然而，活性位点周围的化学环境与其预期的催化活性之间的相关性尚不清楚。

基于此，新加坡国立大学汪磊教授和北京化工大学刘军枫教授（共同通讯作者）等人报道了一种通过将铂（Pt）原子锚定在NiFe层状双氢氧化物（NiFe-LDH）上制备的SACs（Cl-Pt/LDH）。

测试发现，Cl-Pt/LDH表现出30.6 A mg_Pt^-1的高质量活性和在100 mV过电位下30.3 H₂ s^-1的周转频率，显著高于最先进的Pt-SACs和商用Pt/C催化剂。在实际条件下，利用该催化剂组装的碱性水电解槽能获得80%以上的高能量效率。

第一性原理模拟，以合理化碱性HER中Pt SACs的轴向-配体效应。对碱性HER在Pt-SACs上的逐级反应障碍进行了模拟，包括水解离的Volmer步骤、*OH的解吸以及随后的H*转化为H₂。

对于Volmer步骤，所有卤素配位Pt/LDHs都比Pt(111)具有更强的水吸附能力和更大的水分解焓，导致Volmer步骤加速。其中Cl-Pt/LDH在Volmer步的能垒最小（0.073 eV）。

此外，Cl-Pt-位点在Pt-SACs中也表现出最优的H结合能，导致H*转化为H₂的最有利的动力学。

虽然Pt(111)的H结合能比Cl-Pt/LDH略优化，但它的水解离步骤可能较慢，导致整体HER动力学较慢。

结果表明，H结合能并不是碱性HER的唯一描述符，OH结合能也起着重要作用。

计算了Pt-SACs d轨道的预测态密度（PDOS）。计算出孤立电子占据的窄Pt-5d轨道的平均能级，分别为- 0.901，-0.919，-0.977，-1.005 和-1.052 eV。计算结果表明，利用轴向配体修饰Pt单原子位点的电子结构是调节HER活性的有效策略。

Pinpointing the axial ligand effect on platinum single-atom-catalyst towards efficient alkaline hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-34619-5.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34619-5.

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