Embedding oxophilic rare-earth single atom in platinum nanoclusters for efficient hydrogen electro-oxidation

纳米团簇 催化作用 镧系元素 铂金 动力学 电催化剂 化学 金属 无机化学 光化学 材料科学 组合化学 物理化学 纳米技术 电化学 电极 离子 有机化学 物理 量子力学
作者
Xiaoning Wang,Yanfu Tong,Wenjie Feng,Pengyun Liu,Xuejin Li,Wei Xing,Tonghui Cai,Lianming Zhao,Qingzhong Xue,Yan Zhang,Xun Yuan,Wei Xing
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39475-5
摘要

Designing Pt-based electrocatalysts with high catalytic activity and CO tolerance is challenging but extremely desirable for alkaline hydrogen oxidation reaction. Herein we report the design of a series of single-atom lanthanide (La, Ce, Pr, Nd, and Lu)-embedded ultrasmall Pt nanoclusters for efficient alkaline hydrogen electro-oxidation catalysis based on vapor filling and spatially confined reduction/growth of metal species. Mechanism studies reveal that oxophilic single-atom lanthanide species in Pt nanoclusters can serve as the Lewis acid site for selective OH- adsorption and regulate the binding strength of intermediates on Pt sites, which promotes the kinetics of hydrogen oxidation and CO oxidation by accelerating the combination of OH- and *H/*CO in kinetics and thermodynamics, endowing the electrocatalyst with up to 14.3-times higher mass activity than commercial Pt/C and enhanced CO tolerance. This work may shed light on the design of metal nanocluster-based electrocatalysts for energy conversion.
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