Nature子刊：过电位仅为25 mV! 富勒烯C60表面单原子Pt加速碱性氢析出

氢燃料具有清洁无污染、能量密度高等优点，是21世纪最有前途的能源之一。在目前的制氢方法中，电催化析氢反应(HER)以其简单、环境友好等优点成为一种有前途的制氢方法。然而，由于在催化剂表面水吸附和解离以及随后的*H吸附和产生的H₂解吸的高能垒，HER动力学，特别是在碱性电解质中特别缓慢。因此，开发高效碱性HER催化剂以提高其反应动力学具有重要意义。

近日，华中科技大学李芳芳、彭平、德克萨斯大学埃尔帕索分校Luis Echegoyen和中科院长春应用化学研究所宋术岩等以C₆₀为电子受体载体，在室温下合成了高负载、高分散的Pt催化剂(Pt/C₆₀)，其内部结构为Pt−C₆₀聚合物，一个Pt位点可以与两个C₆₀分子相结合。

实验结果表明，在1.0 M KOH溶液中，所制备的Pt/C₆₀催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的HER过电位仅为25 mV，Tafel斜率和交换电流密度分别为55 mV dec⁻¹和2.8 mA cm⁻²，性能优于商业20 wt% Pt/C催化剂。

此外，Pt/C₆₀催化剂还具有优异的稳定性，其在10 mA cm⁻²电流密度下连续工作100小时过电位仅增加31.5 mV；虽然在长期耐久性试验中催化剂上形成了更多的Pt簇，但簇的尺寸保持不变。

实验结果和理论计算表明，Pt/C₆₀催化剂的优异HER活性归功于：1.高负载、高分散的原子Pt活性中心，使Pt原子的利用率最大化；2.Pt/C₆₀促进了水的吸附，C₆₀−Pt−C₆₀构型中两个相邻C₆₀分子弯曲表面诱导的球壳状电子云在Pt周围形成内置电场，并从Pt中心原子辐射出来，促进了H在Pt位点上的解吸，从而有效地增强了电催化析氢活性。

总的来说，该项研究不仅填补了金属-富勒烯聚合物在电催化领域应用的空白，而且为设计高效的单原子催化剂提供了范例。

Single-atomic Platinum on Fullerene C₆₀ Surfaces for Accelerated Alkaline Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-38126-z

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Nature子刊：过电位仅为25 mV! 富勒烯C60表面单原子Pt加速碱性氢析出

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