电催化析氢反应(HER)是将电能转化为化学能的一种有效策略，其中Pt/C纳米颗粒已被广泛应用于催化HER。以商业Pt/C为例，虽然它是目前最优异的HER电催化剂，但Pt颗粒的低比表面积和团聚严重制约了其催化活性和使用寿命。而另一个阻碍其广泛应用的障碍则是金属铂的高成本和稀缺性。因此，开发成本低、性能优异的先进电催化剂对于HER的大规模应用具有重要意义。

基于此，中国地质大学(武汉)朱必成和余家国(共同通讯)等人制备了活性N掺杂介孔碳球负载的金属间化合物Pt₃Fe合金(Pt₃Fe/NMCS-A)，该材料可以作为高效的HER电催化剂。

众所周知，H⁺和OH^–离子的浓度会显著影响催化剂的HER性能。因此，本文测试了Pt₃Fe/NMCS-A在酸性、碱性和中性电解质中的HER活性。从线性扫描伏安(LSV)曲线可以看出，在0.5 M H₂SO₄溶液中，Pt₃Fe/NMCS-A所需的过电位(η₁₀，10 mA cm^-2)极低，仅为13 mV，远低于Pt₃Fe/NMCS(26 mV)、Pt/NMCS-A(23 mV)以及基准20wt% Pt/C(25 mV)和Pt线(33 mV)。

此外，本文还进一步研究了Pt₃Fe/NMCS-A在碱性和中性电解质中的HER活性。研究后发现，在碱性介质中，Pt₃Fe/NMCS-A仍具有优异的HER活性，其LSV曲线与20wt% Pt/C的LSV曲线几乎重叠，η₁₀仅为29 mV。另外，在1.0 M PBS溶液中，Pt₃Fe/NMCS-A的η₁₀和Tafel斜率均高于20wt% Pt/C，这表明其在中性条件下的HER性能相对较差。然而，基于本文计算得到的质量活性，Pt₃Fe/NMCS-A相对于其他催化剂仍具有较高的原子利用效率。

本文的研究结果表明，NMCS-A的超高比表面积和丰富的纳米孔不仅保证了Pt₃Fe合金的均匀分布，而且在催化测试过程中也保护了Pt₃Fe合金不发生脱离或团聚。此外，本文的计算结果还表明，强的Pt 5d-Fe 3d轨道电子相互作用加速了H₂O的解离，优化了H^*中间体的吸附能，这也使得制备的Pt₃Fe/NMCS-A在较宽的pH范围内展现出优异的催化性能。

除此之外，本文的理论计算还表明，Fe与Pt的合金化使Pt 5d轨道的d带中心降低，这使得Pt₃Fe/NMCS-A在Pt位点上的H^*中间体吸附能降低，进而使得其酸性HER的|ΔG_H*|最低。

对于碱性和中性介质中的HER，本文的计算结果还表明，Pt和Fe作为H^*和^*OH中间体的共吸附位点，Pt₃Fe/NMCS-A通过较低的能垒就能使H₂O解离得到H^*中间体，这也进一步促进了H^*中间体在碱性和中性条件下的吸附和H₂的生成。总之，本文合成了超细的Pt₃Co和Pt₃Ni合金纳米颗粒，并且制备的催化剂在较宽的pH范围内展现出了优异的HER活性，这也表明本文的合成策略的普适性和这些Pt基合金电催化剂在实际应用中的巨大潜力。

Modulating The D-Band Center Enables Ultrafine Pt₃Fe Alloy Nanoparticles for Ph-Universal Hydrogen Evolution Reaction, Advanced Materials, 2023, DOI: 10.1002/adma.202303030.

https://doi.org/10.1002/adma.202303030.