余家国/朱必成AM：Pt3Fe/NMCS-A助力全pH值HER

有序金属间合金通过提供双活性位点协同加速H₂O解离和H⁺还原，在全pH值析氢反应（HER）中表现出优异的性能。基于此，中国地质大学（武汉）余家国教授和朱必成副研究员等人报道了活化的N-掺杂介孔碳球负载的金属间化合物Pt₃Fe合金（Pt₃Fe/NMCS-A）作为全pH值HER的高效电催化剂。在0.5 M H₂SO₄、1.0 M KOH和1.0 M磷酸盐缓冲溶液（PBS）中，Pt₃Fe/NMCS-A过电位（η₁₀）分别为13、29和48 mV，电流密度为10 mA cm⁻²，并具有良好的稳定性以保持整体催化性能。

通过DFT计算，作者研究了Pt₃Fe/NMCS-A优异的HER活性，以及Pt和Fe之间的强电子相互作用。作者分别使用Pt₃Fe合金、Pt金属和Fe金属模型来表示Pt₃Fe/NMCS-A、Pt/NMCS-A和Fe/NMCS-A。通过Volmer步骤将H⁺阳离子吸附在Pt位点上，再通过Tafel步骤将形成的H*中间体结合成H₂。

当Pt和Fe作为吸附位点时，Pt₃Fe/NMCS-A的ΔG_H*分别为-0.18和0.20 eV。ΔG_H*为正极表示中间产物H*在Fe位点的吸附较弱，不利于后续H₂的生成。Pt₃Fe/NMCS-A（H吸附在Pt上）、Pt₃Fe/NMCS-A（H吸附在Fe上）、Pt/NMCS-A和Fe/NMCS-A分别表现出ΔG_H*为-0.18、0.20、-0.21和0.56 eV，表明Pt₃Fe/NMCS-A在Pt位点上具有更强的HER活性。

此外，Bader电荷分析揭示了Pt与Fe之间的强电子相互作用以及Pt的电子接受特性，其中吸附H后Pt(n)上的累积电子数从0.19 e⁻增加到0.23 e⁻。总态密度（DOS）发现，Pt₃Fe/NMCS-A在Pt 5d轨道上的ε_d比Pt/NMCS-A更低，与Pt₃Fe/NMCS-A轨道最低|ΔG_H*|的观测结果非常吻合。由于Pt 5d轨道与H 1s轨道的杂化，Pt 5d轨道的ε_d向负值偏移，进一步证明了Pt 5d轨道促进了电子再分配，减弱了Pt 5d轨道与H 1s轨道的相互作用。

Modulating The D-Band Center Enables Ultrafine Pt₃Fe Alloy Nanoparticles for Ph-Universal Hydrogen Evolution Reaction. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202303030.

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