邢伟/袁勋Nature子刊：Pt纳米团簇中嵌入嗜氧稀土单原子，显著提升氢电氧化活性

氢燃料电池作为绿色高效的能源装置，在实现碳中和方面具有很大的吸引力。由于对氢中间体具有最佳的吸附/解吸，因此Pt电催化剂在催化阳极氢氧化反应(HOR)方面表现最佳的活性，极大地提高了这一点。然而，在碱性HOR催化中，传统的Pt/C电催化剂的大规模应用受到催化效率极低(比在酸性介质中下降两个数量级)、Pt用量过高(比酸性介质高10倍)以及耐久性差等问题的困扰。因此，设计低Pt用量、高耐久性的高性能Pt电催化剂对于推动碱性HOR的实际应用至关重要。

基于此，中国石油大学化学(华东)邢伟和青岛科技大学袁勋等在介孔中空碳球基纳米反应器中，通过气相填充和空间限制金属还原的方法，插入高嗜氧性La、Ce、Pr、Nd和Lu单原子，合成了一系列超小的Ln₁Pt纳米粒子(Ln₁Pt@HCS)，实现了在碱性介质中的高HOR催化性能。

性能测试实验结果显示，所制备的Ln₁Pt@HCS催化剂表现出优异的碱性HOR活性，La₁Pt@HCS的半波电位为8.4 mV_RHE、在25 mV下的质量活性为2422.38 A g⁻¹，以及具有20.08 mA cm⁻²的交换电流密度。同时，Ln₁Pt@HCS也具有优异的长期抗CO中毒能力，其在100 mV、CO杂质浓度为1000 ppm时连续工作约1000秒后，仍保持高催化活性(电流保留率:~61%)。

此外，研究人员对所有的Ln₁Pt@HCS电催化剂进行了极化测试，结果所有电催化剂都可以在起始电位低至0 V产生响应电流，表明它们对于碱性HOR催化具有相似的活性。

实验结果和理论计算表明，稀土单原子嵌入Pt纳米粒子可以产生明显的电子调制效应，提高OH⁻的吸附强度，并通过加速Volmer动力学获得了良好的碱性HOR活性。并且，研究人员提出了由Pt配位的稀土单原子触发的OH⁻诱导的碱性HOR催化吸附机理：引入的稀土单原子作为Lewis酸中心，促进了OH⁻在碱性环境中的迁移，增加了Pt-Ln中心周围的OH⁻浓度，从而提高了金属Pt的氢氧化能力。

综上，该项工作提供了一个设计高性能Ln₁Pt基NCs碱性HOR催化电催化剂的范例，展示了单原子和超小金属NCs在提高催化活性方面的协同作用，有助于加深人们对Ln/Pt合金导向碱性HOR电催化的基本认识。

Embedding Oxophilic Rare-earth Single Atom in Platinum Nanoclusters for Efficient Hydrogen Electro-oxidation. Nature Communications, 2023. DOI:10.1038/s41467-023-39475-5

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