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目前，通過已有策略開發出具有高效性能的析氫反應（HER）催化劑的非鉑（Pt）催化劑仍然存在很大的困難，因此有必要開發新的催化劑設計方法。近日，清華大學王定勝教授（通訊作者）等人報道了一種通過電子金屬-載體相互作用（EMSI）來設計催化劑，并證明這是一種尋找高效催化劑的可靠策略。

作者首先進行了密度泛函理論（DFT）計算，以設計出合適的催化劑EMSI。在計算過程中，作者應用了M1-M2-X（X=C, N, O）的模型。在選擇的催化劑中，作者發現具有Rh1-Ti2C2活性位點的Rh1-TiC的EMSI是最適合HER的催化劑。

圖1 理論設計過程

電化學實驗進一步證明了EMSI策略的可行性。Rh1-TiC單原子位點催化劑表現出比最先進Pt/C更高的催化效率。在酸性介質中，在電流密度為10 mA·cm^-2和100 mA·cm^-2下實現了22 mV和86 mV的低過電位，Tafel斜率為25 mV·dec^-1，質量活性54403.9 mA·cm^-2·mg_Rh^-1（Pt/C僅為192.2 mA·cm^-2·mg_Pt^-1）。此外，對比Pt/C，其還顯示出優異的節能優勢，在2 kA·m^-2時耗電量降低約20%。因此，作者認為調節EMSI的策略可以作為SACs下一步實現高催化效率的一種可能途徑。

圖2 電化學表征

The electronic metal-support interaction directing the design of single atomic site catalyst: achieving high efficiency towards hydrogen evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107123.

https://doi.org/10.1002/anie.202107123.

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