Pt Single Atoms Supported on N‐Doped Mesoporous Hollow Carbon Spheres with Enhanced Electrocatalytic H2‐Evolution Activity

过电位 材料科学 介孔材料 化学工程 电解质 电子结构 催化作用 电子转移 金属 电化学 纳米技术 化学物理 物理化学 电极 计算化学 化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Panyong Kuang,Yaru Wang,Bicheng Zhu,Fanjie Xia,Ching‐Wei Tung,Jinsong Wu,Hao Chen,Jiaguo Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (18) 被引量:436
标识
DOI:10.1002/adma.202008599
摘要

The electronic metal–support interaction (EMSI) plays a crucial role in catalysis as it can induce electron transfer between metal and support, modulate the electronic state of the supported metal, and optimize the reduction of intermediate species. In this work, the tailoring of electronic structure of Pt single atoms supported on N-doped mesoporous hollow carbon spheres (Pt1/NMHCS) via strong EMSI engineering is reported. The Pt1/NMHCS composite is much more active and stable than the nanoparticle (PtNP) counterpart and commercial 20 wt% Pt/C for catalyzing the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), exhibiting a low overpotential of 40 mV at a current density of 10 mA cm−2, a high mass activity of 2.07 A mg−1Pt at 50 mV overpotential, a large turnover frequency of 20.18 s−1 at 300 mV overpotential, and outstanding durability in acidic electrolyte. Detailed spectroscopic characterizations and theoretical simulations reveal that the strong EMSI effect in a unique N1−Pt1−C2 coordination structure significantly tailors the electronic structure of Pt 5d states, resulting in promoted reduction of adsorbed proton, facilitated H−H coupling, and thus Pt-like HER activity. This work provides a constructive route for precisely designing single-Pt-atom-based robust electrocatalysts with high HER activity and durability.
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