【DFT+实验】Small：调控Pt/WO3上Pt物种电子结构，实现高效电催化酸性HER

电化学水分解制氢是一种生产绿色氢气能源和减少传统化石能源消耗的有效方法。根据Sabatier原理，要获得优异的HER性能，催化剂必须具有适当的H*反应中间体结合能。因为Pt在H*中间体吸附方面的自由能接近于零(∆G_H*=0)，Pt被认为是HER的基准电催化剂的标杆。然而，Pt储量稀少和价格昂贵，这严重制约了Pt在HER过程中的大规模应用。因此，为了提高Pt材料在HER领域的竞争力，迫切需要开发具有高活性和低Pt负载的高性能Pt基电催化剂。

基于此，复旦大学唐颐、张宏斌、华东理工大学曹宵鸣和暨南大学高庆生等采用可控热解/共还原策略，成功地制备了Pt电子结构可调的Pt/WO₃电催化剂，其具有优异的HER活性。

具体而言，研究人员首先制备了WO_x/哌嗪一维纳米棒前驱体，随后将前驱体浸泡在H₂PtCl₆中以吸附Pt物种，最后通过热解/共还原法得到Pt/WO₃催化剂。

实验结果和理论计算表明，WO₃载体中的O空位削弱了Pt向WO₃转移电子的能力，使得最优的Pt/WO₃-600中Pt物种上电子富集，从而导致Pt的d带中心下移；并且富电子的Pt位点确保了适当的H*吸附能，从而加速了HER过程。

因此，在0.5 M H₂SO₄溶液中，最优的Pt/WO₃-600催化剂在10/100 mA cm⁻²电流密度下的过电位仅为8/26 mV，Tafel斜率为35 mV dec⁻¹。同时，Pt/WO₃-600在50 mV过电位下的质量活性达7015 mA mg⁻¹，是商业Pt/C催化剂(262 mA mg⁻¹)的26倍。

此外，Pt/WO₃-600催化剂还具有优异的稳定性，其在酸性条件下以400 mA cm⁻²的电流密度连续运行65个小时而没有发生明显的性能下降，并且其组分和结构也未发生变现变化。该项工作不仅提出了一种设计高效Pt基酸性HER电催化剂的新策略，而且为贵金属催化剂的电子结构合理调制提供了理论基础。

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