黄维/韩云虎AFM：氮掺杂多孔碳上Co单原子调控Pt电子结构，实现高效催化pH通用HOR

氢氧燃料电池(HOFCs)被认为是实现新兴绿色氢经济的关键装置，其能够实现从氢到电的转换。阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)作为HOFCs的一员，由于采用非贵金属电催化剂可以实现阴极氧还原反应，因此被认为具有更广阔的应用前景。

然而，AEMFC阳极氢氧化反应(HOR)的高活性严重依赖于Pt族金属(PGM)基催化剂。然而，Pt族金属的丰度和利用率较低，以及Pt族金属基催化剂的表面易受低浓度(10 ppm)CO的毒害，严重限制了其广泛应用。因此，迫切需要开发合适的策略来提高Pt族金属基催化剂对CO的耐受性，以实现对Pt族金属基催化剂的有效利用。

基于此，西北工业大学黄维和韩云虎等制备了一种原子分散的Pt锚定在包含预置孤立Co原子的氮掺杂的多孔碳骨架上(Pt₁@Co₁CN)，在pH通用范围内表现出高HOR活性和耐久性。在酸性、碱性和中性介质中，低Pt负载量的Pt₁@Co₁CN催化剂在20 mV和50 mV下的质量活性分别为275.5 mA mg_Pt^-1、216 mA mg_Pt^-1和110 mA mg_Pt^-1，分别是商业PtRu/C催化剂的15、21.6和20倍。

此外，在酸性、碱性和中性电解液中，Pt₁@Co₁CN在0.1 V_RHE下连续运行6个小时后电流密度分别衰减了13.6%、14.6%和11.7%，而PtRu/C的电流密度分别衰减了22%、16%和20.3%，Pt/C的电流密度分别衰减了48.1%、44.1%和20.1%。

重要的是，Pt₁@Co₁CN催化剂的抗CO中毒性能远远优于商业化的PtRu/C和Pt/C催化剂，其在含1000 ppm CO的溶液中，在0.1 V_RHE的电压下运行2000 s以上仍保持优异的HOR活性。

实验结果和理论计算表明，当Pt原子嵌入到Co位附近的空位时，N和Pt原子之间发生了明显的电子相互作用。此外，Pt位点的引入调节了靠近Co位点的局部碳层的电子结构，进一步影响了Co 3d轨道的分布。同时，催化剂中Co和Pt原子的反键态主要由d态向低能级移动，降低了ΔG_*H，促进了*H的吸附和解离，提高了催化活性。

综上，该项研究表明，改变活性位点的电子结构可以对最终的催化性能产生良好的影响，这为开发具有优异电化学性能的原子分散Pt族金属基催化剂提供了思路。

A Highly Efficient pH-Universal HOR Catalyst with Engineered Electronic Structures of Single Pt Sites by Isolated Co Atoms. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306333