电化学水分解析氢反应(HER)，对于发展可再生能源技术以解决当前的能源和环境危机至关重要。到目前为止，铂(Pt)由于其适中的氢原子化学吸附自由能(ΔGH*)，仍然是HER反应的基准催化剂。HER的效率不仅依赖于ΔGH*，还依赖于水的解离。
然而，由于相对较高的水解能垒，Pt上水解离形成Pt-*H的效率低下。嵌入在亲水性载体上的单原子催化剂(SACs)提供了调节电子“微环境”的潜力，从而增强水的解离步骤，并且SACs对各种电催化反应也具有低成本和超高的原子效率。基于此，香港大学郭正晓、季华实验室Yang Zhiqing、中科院福建物构所柴国良和江西理工大学朱丽华等提出了一种简单的策略来构建Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C单原子催化剂(SAC)，其中Pt单原子(Pt1)固定在(Co，Ni)(OH)2的表面。具体而言，研究人员采用简单的电沉积策略将Pt单原子锚定在分别对缺陷(Co，Ni)(OH)2、Co(OH)2和Ni(OH)2上。优化后的Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C纳米结构，即使只有1.41 wt%的Pt负载，也具有极高的催化活性。Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C在10 mA cm−2电流密度下的HER过电位为24 mV，Tafel斜率为28.7 mV dec−1，优于商业20 wt% Pt/C(29 mV@10 mA cm−2，32.5 mV dec−1)。此外，Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C在0.09 VRHE时的质量活性分别比Pt1/C和20 wt% Pt/C高29.7倍和115.9倍。更重要的是，Pt1/(Co，Ni)(OH)2/C在100 mA cm−2的大电流密度下进行24小时和20000次循环后，性能衰减可以忽略不计。通过Operando Raman直接观察到Ni-*OH和Co-*OH的生成，表明在碱性电解质中(Co，Ni)(OH)2的水解离作用增强。密度泛函理论(DFT)计算表明，Pt原子上的电子向(Co，Ni)(OH)2的O原子转移，表明(Co，Ni)(OH)2改变了Pt的局部配位环境；Pt1/(Co，Ni)(OH)2还同时促进了水的解离和H2的形成，使其成为比纯Pt和(Co，Ni)(OH)2更好的HER催化剂。与Pt1/(Co，Ni)(OH)2和Pt1/Ni(OH)2相比，Pt1/Co(OH)2上的水解离仍然吸热，但超过Pt(111)和(Co、Ni)；Pt1/Ni(OH)2对*H的吸附强于Pt1/(Co，Ni)(OH)2和Pt1/Co(OH)2，抑制了H2的形成。因此，Pt1/(Co，Ni)(OH)2催化剂表现出巨大的打破碱性条件下析氢效率低的瓶颈的潜力。Effective Electronic tuning of Pt Single Atoms via Heterogeneous Atomic Coordination of (Co,Ni)(OH)2 for Efficient Hydrogen Evolution. Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE02785B
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