李阳光、谭华桥等：在HER中，铂催化剂的Pt-O键、零价Pt的活性哪家强？

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基于金属铂（Pt）的催化剂被认为是最先进的析氢反应（HER）电催化剂。近几十年来，科研人员广泛研究了基于Pt的催化剂，通过组成、形态和晶相工程策略来提高Pt的利用率和催化效率。大多数研究都显示了零价Pt金属是固有的催化活性。然而，与氧化铂有关的一些现象仍未被研究。例如，当金属Pt被氧化时，其HER活性明显好于金属元素Pt，但其原因仍不清楚。最近，在制备Pt氧化物催化剂（如PtOx/TiO2和MoSx-O-PtOx）方面进行了大量的研究，并证实了Pt催化剂中存在氧具有与商用Pt/C相当的优异       HER催化性能。因此，有必要对Pt氧化物催化剂的具体活性位点进行研究。

       鉴于多金属氧酸盐（POMs）是一种结构明确的纳米级金属-金属氧簇，可用于模拟金属氧化物的表面，因此含Pt的POMs可用作理想的铂氧化物电催化模型。最近我院李阳光教授和谭华桥副教授，以及苏州大学的康振辉教授（共同通讯作者）在Nature Communications（Nature Communications, 2020, DOI: 10.1038/s41467-019-14274-z）杂志联合报道了他们通过选择两个结构明确的含Pt的POMs—— Na 5[H 3Pt (IV)W 6O 24] （PtW6O24）和Na 3K 5[Pt (II) 2(W 5O 18) 2]（Pt 2(W 5O 18) 2）作为模型催化剂，以研究它们的HER性能。通过电化学实验发现，Pt含量为1wt％的 PtW 6 O 24/C和Pt 2(W 5O 18) 2 /C电催化剂具有优异的催化活性。具有1wt％Pt含量的 PtW 6 O 24/C和Pt 2(W 5O 18) 2/C在电流密度为10 mA cm -2 下的过电势分别为22和26 mV，在77 mV的过电势下它们的质量活度分别为20.175和10.976 A mg -1，比市售20％Pt/C（0.398 A mg -1）更好。
      此外，通过一系列控制实验、原位同步辐射实验和密度泛函理论（DFT）计算表明，POMs中的Pt-O键是HER的活性位点。具体而言，Pt主要是电子获取中心，而其配位的O原子是质子捕获中心。在HER过程中，当注入更多的电子和质子时，会拉长Pt-O键加速质子和电子的耦合，从而有利于H 2从Pt-O键中快速释放出来。


        李阳光，现任东北师范大学化学学院教授，博士生导师。校首批“东师学者”青年学术骨干。从事多酸化学研究。师从王恩波教授，获得硕士和博士学位。对新型多金属氧酸盐合成及其表面氧配位能力进行了深入研究。曾留学法国和德国2年开展博士后研究工作。目前主要科研方向是多酸化学中的手性构建与功能特性研究。从2007年-2011年，以第一作者和通讯作者发表的SCI文章48篇，包括Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc.，Chem-Eur. J.，Chem. Commun.，Inorg. Chem.等国际著名化学杂志。编著出版学术专著二部。获吉林省自然科学学术成果一等奖一次（排名第一）。
        谭华桥，东北师范大学化学学院副教授，硕士生导师，主要从事有关无机微纳米材料及多金属氧酸盐合成和催化性能研究，主持国家自然科学基金青年基金项目一项，吉林省科技厅青年基金项目一项。目前已在J. Am. Chem. Soc, Nanoscale, J. Mater. Chem.A, Chem. Commun, ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Eur. J, Crystal Growth & Design., CrystEngComm., Dalton等国际著名化学杂志上发表SCI研究论文30余篇。曾获2014年吉林省优秀博士学位论文，全国第十届“挑战杯”大学生课外科技作品大赛一等奖。
       康振辉，苏州大学功能纳米与软物质研究院教授，博士生导师，2017年国家自然科学基金委杰出青年基金获得者，2014年国家自然科学基金委优秀青年基金获得者，2012年中组部青年拔尖人才，2008年全国百篇优秀博士论文获得者。研究领域为材料化学，近年来的集中开展碳量子点催化特性的研究。在Science, Nature commun, Angew. Chem., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy Environ. Sci.等国际刊物上共发表学术论文200余篇。1篇论文获评“2015年中国百篇最具影响国际学术论文”，研究成果获评“2015年度中国科学十大进展”。主持国家自然科学基金委重点/优青/面上项目、科技部973计划课题、中组部“青年拔尖人才”计划项目、教育部全国优秀博士学位论文专项基金等重要科研项目十余项。