Manipulating Valence‐Heterogeneous Pt Dual Sites via Metal‐Support Interactions for Highly Efficient Alkaline Hydrogen Evolution

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作者
Yuemei Liu,Qishuo Wang,Junhong Ma,Yang Yuan,Ziyang Meng,Rui Xu,Hao Jiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (36)
标识
DOI:10.1002/aenm.71456
摘要

ABSTRACT Alkaline water electrolysis is essential for sustainable green hydrogen production but is bottlenecked by sluggish water dissociation kinetics and catalyst degradation at high current densities. Herein, a low loading of Pt nanoclusters (4.2 wt.%) was anchored on multiwalled carbon nanotubes (Pt‐MWCNT) through a spontaneous reduction approach that triggers strong metal–support interaction (SMSI). A dual‐site coupled mechanism mediated by the valence‐heterogeneous Pt species was uncovered, where the electrophilic Pt 2+ sites accelerate H‐OH bond cleavage, while the adjacent Pt 4+ centers optimize the *H adsorption‐desorption strength for high‐efficiency H 2 evolution. More importantly, this synergy could be precisely tailored by leveraging the carbon support's work function as a regulatory dial for the Pt 2+ /Pt 4+ ratio. Through nitrogen doping, the resulting Pt‑N‑MWCNT electrocatalyst with an optimal Pt 2+ /Pt 4+ ratio of 1.04, achieved a kinetic equilibrium between water dissociation and hydrogen desorption, enabling a low overpotential of 28 mV at 10 mA cm −2 and a durability of over 500 h at 500 mA cm −2 . This work delivers critical insights into SMSI‐mediated electronic modulation, charting a pathway toward designing low‐loading noble metal catalysts for sustainable hydrogen technologies.
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