Atomic Layer Thickness Modulated the Catalytic Activity of Platinum for Oxygen Reduction and Hydrogen Oxidation Reaction

铂金 催化作用 吸附 金属 单层 原子层沉积 材料科学 氧气 化学工程 图层(电子) 工作职能 电催化剂 化学 纳米技术 物理化学 电化学 冶金 电极 有机化学 工程类 生物化学
作者
Shengyao Lv,Jin Liu,Zhuoyang Xie,Li Li,Zidong Wei
出处
期刊:Small methods [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1002/smtd.202401978
摘要

Abstract Reducing platinum (Pt) usage and enhancing its catalytic performance in the hydrogen oxidation reaction (HOR) and the oxygen reduction reaction (ORR) are vital for advancing fuel cell technology. This study presents the design and investigation of monolayer and few‐layer Pt structures with high platinum utilization, developed through theoretical calculations. By minimizing the metal thickness from 1 to 3 atomic layers, an atomic utilization rate ranging from 66.66% to 100% is achieved, in contrast to conventional multilayer Pt structures. This reduction resulted in a unique surface coordination environment. These thinner structures exhibited nonlinear fluctuations in key electronic characteristics—such as the d‐band center, surface charge, and work function—as the atomic layer thickness decreased. These variations significantly impacted species adsorption and the Pt‐H 2 O interfacial structure, which in turn affected the catalytic activity. Notably, 1‐layer Pt exhibited the best performance for HOR, while 3‐layer Pt showed high activity for both HOR and ORR. The findings establish a clear relationship between atomic layer thickness, surface characteristics, adsorption behavior, electric double‐layer structure, and catalytic performance in Pt systems. This research contributes to a deeper understanding of precision atomic‐structured electrocatalyst design and paves the way for the development of highly effective, low‐loading Pt‐based catalytic materials.
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