電化學(xué)水分解制氫是一種生產(chǎn)綠色氫氣能源和減少傳統(tǒng)化石能源消耗的有效方法。根據(jù)Sabatier原理，要獲得優(yōu)異的HER性能，催化劑必須具有適當(dāng)?shù)腍*反應(yīng)中間體結(jié)合能。因?yàn)镻t在H*中間體吸附方面的自由能接近于零(?G_H*=0)，Pt被認(rèn)為是HER的基準(zhǔn)電催化劑的標(biāo)桿。然而，Pt儲(chǔ)量稀少和價(jià)格昂貴，這嚴(yán)重制約了Pt在HER過(guò)程中的大規(guī)模應(yīng)用。因此，為了提高Pt材料在HER領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，迫切需要開發(fā)具有高活性和低Pt負(fù)載的高性能Pt基電催化劑。

基于此，復(fù)旦大學(xué)唐頤、張宏斌、華東理工大學(xué)曹宵鳴和暨南大學(xué)高慶生等采用可控?zé)峤?共還原策略，成功地制備了Pt電子結(jié)構(gòu)可調(diào)的Pt/WO₃電催化劑，其具有優(yōu)異的HER活性。

具體而言，研究人員首先制備了WO_x/哌嗪一維納米棒前驅(qū)體，隨后將前驅(qū)體浸泡在H₂PtCl₆中以吸附Pt物種，最后通過(guò)熱解/共還原法得到Pt/WO₃催化劑。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，WO₃載體中的O空位削弱了Pt向WO₃轉(zhuǎn)移電子的能力，使得最優(yōu)的Pt/WO₃-600中Pt物種上電子富集，從而導(dǎo)致Pt的d帶中心下移；并且富電子的Pt位點(diǎn)確保了適當(dāng)?shù)腍*吸附能，從而加速了HER過(guò)程。

因此，在0.5 M H₂SO₄溶液中，最優(yōu)的Pt/WO₃-600催化劑在10/100 mA cm^?2電流密度下的過(guò)電位僅為8/26 mV，Tafel斜率為35 mV dec^?1。同時(shí)，Pt/WO₃-600在50 mV過(guò)電位下的質(zhì)量活性達(dá)7015 mA mg^?1，是商業(yè)Pt/C催化劑(262 mA mg^?1)的26倍。

此外，Pt/WO₃-600催化劑還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其在酸性條件下以400 mA cm^?2的電流密度連續(xù)運(yùn)行65個(gè)小時(shí)而沒有發(fā)生明顯的性能下降，并且其組分和結(jié)構(gòu)也未發(fā)生變現(xiàn)變化。該項(xiàng)工作不僅提出了一種設(shè)計(jì)高效Pt基酸性HER電催化劑的新策略，而且為貴金屬催化劑的電子結(jié)構(gòu)合理調(diào)制提供了理論基礎(chǔ)。

Electronic Structure Engineering of Pt Species over Pt/WO₃ toward Highly Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202301178