郑州大学臧双全/彭鹏，ACS Nano: Pd单原子包裹AuPd合金纳米团簇，显著增强HER

最近的研究表明，纳米团簇和单原子(SA)混合催化剂可以显著改善HER催化性能。在纳米团簇/SA复合体系中，不同位点的电子结构和吸附行为的多样性允许中间构型的调节，从而加速了反应动力学。例如，具有氮配位Fe团簇的Fe-N-C催化剂，由于Fe团簇与SA之间强烈的电子相互作用，表现出较高的催化活性和稳定性。

然而，传统的湿化学和热解合成策略通常导致纳米团簇和SA在整个载体中的离散分布，从而使大多数SA和纳米团簇彼此分离。这些广泛分离的SA和纳米团簇的协同效应通常是最小的，不利于催化过程。

此外，由单个组分构成的纳米团簇/SA复合体系通常会产生有限的活性位点调制。通过构建多组分纳米团簇/SA系统在原子水平上进一步调节金属中心，有效地限制了纳米团簇附近的SA，从而提供了进一步提高其内在催化活性的可能性，但实现这一目标仍然具有挑战性。

近日，郑州大学臧双全和彭鹏等通过配体辅助热解策略，利用配体保护的Au₄Pd₂(PET)₈纳米团簇来构建卫星SA环抱的合金纳米团簇催化剂。在合成过程中，配体的分解使金属原子发生了轻微的重构，而合金原子热力学性质的差异导致了金属原子核的分层脱离，而不是突然崩解。

具体而言，AuPd合金簇中的活性Pd原子经历了热激活溢出，并被碳纳米管(CNT)中的碳缺陷捕获，导致形成含有AuPd合金纳米簇和卫星Pd SAs的混合活性位点(AuPd_NCs/Pd_SAs)。

实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，在卫星Pd SAs的辅助下，AuPd合金纳米团簇上发生电子富集，促进了H₂O的解离并优化*H的吸附能，进而提升HER活性和加快反应动力学。

性能测试结果显示，AuPd_NCs/Pd_SAs催化剂在酸性和碱性条件下达到10 mA cm^-2电流密度所需的HER过电位分别为21和38 mV，在100 mV下的质量活性分别为4.13和1.67 A mg_Au+Pd^-1。此外，不论在酸性和碱性条件下，AuPd_NCs/Pd_SAs都显示出优异的反应稳定性。

更重要的是，从配体保护的合金团簇制备团簇/SA复合物的策略进一步扩展到带有卫星SA的AuPt纳米团簇，并且其也表现出优异的HER性能，证实了所提策略的普遍性。

总的来说，该项工作提出了一种构建多组分纳米团簇/SA复合物的有效策略，为制备高性能纳米簇基电催化剂提供了重要指导。

Satellite Pd single-atom embraced AuPd alloy nanoclusters for enhanced hydrogen evolution. ACS Nano, 2024. DOI: 10.1021/acsnano.4c11554