Angew. Chem. ：电脉冲法一步制备锚定于氧化物团簇的单原子Pt催化剂及其在超低温锌空电池的应用

单原子材料是近些年催化领域研究的热点。氧化物是广泛应用的一种单原子催化剂载体，其通常要求氧化物载体具有足够大的尺寸（> 10 nm）去分散单原子位点。合成锚定于小尺寸氧化物团簇的单原子位点是一项充满挑战的工作。该类型催化材料有望获得独特的性质和应用前景。近日，深圳大学王进教授课题组和清华大学李亚栋院士课题组合作，以氮掺杂的活性碳为基底，采用电脉冲法一步制备锚定于多种氧化物团簇的单原子Pt催化剂，这些氧化物团簇包括氧化铁、氧化锰、氧化钴、氧化锡等。

本工作进一步以氧化铁团簇上的单原子Pt（Pt₁-FeO_x/CN）为例，展示了该催化剂在碱性电催化氧还原（ORR）反应中的优异性能。Pt₁-FeO_x/CN具有0.94 V vs. RHE的半波电位，并且在12 h的稳定性测试中活性只降低2%。而分散于大尺寸Fe₂O₃纳米颗粒上的单原子Pt催化剂的ORR催化性能很差（Pt₁-Fe₂O₃/CN），形成鲜明对比。

通过理论计算并结合X射线吸收精细结构谱和氧气程序升温脱附实验，结果表明，相对于Pt₁-Fe₂O₃/CN催化剂，Pt₁-FeO_x/CN催化剂的Pt-O键长和配位数都显著降低（分别降低2.5%和20.4%）。几何结构和配位环境的改变调控了Pt对OH*的吸附能，Pt₁-FeO_x/CN催化剂的高ORR催化活性源于Pt对OH*的最优吸附能。

基于Pt₁-FeO_x/CN独特的结构和优异的ORR催化活性，对其在超低温锌空气电池中的应用进行了展示。测试结果表明，Pt₁-FeO_x/CN催化剂表现出了优异的超低温电化学性能，所组装锌空气电池的-40 ℃条件下功率密度达到45.1 mW cm^-2，充放电循环测试稳定性可达120 h。

综上，该工作提出了一种一步制备锚定单原子位点Pt于小尺寸氧化物团簇的普适性方法，并且展示了该类型材料在电催化领域巨大的应用前景。

论文信息

Electrical Pulse Induced One-step Formation of Atomically Dispersed Pt on Oxide Clusters for Ultra-Low-Temperature Zinc-Air Battery

Chenliang Ye,Meng Zheng,Zhiming Li,Qikui Fan,Haiqing Ma,Xianzhu Fu,Dingsheng Wang,Jin Wang,Yadong Li

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202213366