哈工大/福大AFM: 优化界面微环境，促进Pt SAC-NiCrO3/NF催化碱性HER

Pt基材料是性能优异的HER催化剂。为了最大限度地发挥每个Pt活性位点的性能，目前的研究主要集中在选择合适的载体来负载Pt位点，从而触发金属-载体相互作用(MSI)。考虑到碱性HER涉及两个连续的过程：水分解和质子吸收/解吸，理论上可以通过优化Pt位点和载体之间的分工来增强HER动力学。过渡金属氧化物/氢氧化物(TMO)具有很强的亲氧性，可以降低水分解障碍。

与TMO结合的单原子Pt已经证明了协同共催化在提高HER活性方面的重要作用。然而，由于许多异质结位点的反应动力学不匹配，这种催化构型的性能仍然低于Pt/C。定制的电子结构在优化界面微环境方面起着至关重要的作用，显著加速氧化物载体上的水解离过程。

同时，均匀分散的Pt位点与诱导的近酸性环境相结合，确保随后涉及质子的反应迅速进行，从而提高整体催化性能。因此，合理设计载体来提高MSI和促进共催化行为仍然是改善HER活性的关键挑战。

近日，哈尔滨工业大学杨培霞、李若鹏和福州大学李亚强等开发了一种Pt SAC-NiCrO₃/NF催化剂，并证实了MSI效应和负载的共催化剂在增强电催化HER中的关键作用。

理论分析显示，MSI诱导的电子重分布增强了两种成分的动力学，即NiCrO₃载体促进了Volmer-Tafel途径中的初始水分解，而均匀分布的Pt位点负责随后的质子参与反应过程。

研究人员还观察到，这种明确的分工创造了一个动力学上有利的微环境，特别是在Pt位点周围的近酸性状态，这有利于加速Tafel步骤，降低反应能垒。综上，MSI效应产生更多的自由水状态，加速氧化物载体上的初始水分解，触发高效的协同催化行为。

性能测试结果显示，Pt SAC-NiCrO₃/NF催化剂在碱性条件下达到10和100 mA cm^-2电流密度时所需的HER过电位分别为23和122 mV，质量活性为382.77 mA mg^-1_Pt，优于NiCrO₃/NF和Pt/C。

此外，利用Pt SAC-NiCrO₃/NF作为阴极和NiFeO_xH_y/NF作为阳极组装的水电解槽仅需1.51 V的电池电压就能达到100 mA cm^-2的电流密度，并且在该电流密度下连续运行100小时而没有发生明显活性衰减，显示出巨大的应用潜力。

总的来说，该项工作阐明了金属-载体相互作用(MSI)协同共催化增强HER的机理，为设计并开发高效的HER电催化剂提供了理论依据。

Engineering metal‐support interaction for manipulate microenvironment: single‐atom platinum decorated on nickel‐chromium oxides toward high‐performance alkaline hydrogen evolution. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202416678