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與化石燃料相比，氫具有能量密度高、環(huán)境友好等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。電化學分解水被認為是一種非常有前途和容易實現的制取清潔氫能的方法，但是緩慢的析氫反應(HER)過程阻礙了其進一步的實際應用。

因此，開發(fā)高效的電催化劑來加速這一過程是提高能量轉換效率的關鍵。Pt基材料具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，是目前最先進的析氫催化劑，但Pt的稀缺性和高成本阻礙了其大規(guī)模應用。因此，開發(fā)可替代Pt的催化劑以減少貴金屬的使用、提高原子的利用效率，以及降低水解離的能壘至關重要。

近日，天津大學胡文彬、韓曉鵬和新加坡國立大學陳偉等通過在超薄氧化鎳納米片上負載鉑單原子(SAs)(Pt_SA-NiO)誘導的自門效應，開發(fā)了一種高效的析氫反應(HER)電催化劑。

具體而言，Pt SA的引入可以誘導p型NiO向n型Pt_SA-NiO轉變。對于p型NiO，由于費米能級低，能帶向下彎曲；該n型陰極在析氫過程中發(fā)生了自門現象，產生了漏電(“活性”)和金屬-絕緣體-半導體(“惰性”)區(qū)域的混合物。

離子門和反向電位誘導的“惰性”區(qū)域能夠在超高電場下積累相對較高的表面電荷濃度，使Pt_SA-NiO具有高導電性；同時，在Pt_SA-NiO納米片上的Pt SA位點(活性區(qū)域)發(fā)生HER反應。

因此，所制備的Pt_SA-NiO催化劑在1.0 M KOH溶液中達到10 mA cm^?2電流密度僅需55 mV的過電位，Tafel斜率為36 mV dec^?1。此外，Pt_SA-NiO在10 mA cm^?2電流密度下連續(xù)運行25個小時而沒有發(fā)生明顯的活性衰減，并且其在穩(wěn)定性測試后仍保留良好的相結構，表明Pt_SA-NiO具有優(yōu)異的反應穩(wěn)定性。

總的來說，該項工作證明了構建特定活性中心和調控電子結構對提高單原子催化劑活性具有重要意義，這為設計高活性的單原子HER催化劑提供了思路。

Single-Atom Pt Doping Induced p-Type to n-Type Transition in NiO Nanosheets toward Self-Gating Modulated Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c06595

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ACS Nano: Pt單原子誘導NiO能帶結構轉變，實現自門調控電催化HER

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