Single‐Atom Mediated d‐Band Engineering of Platinum Nanocatalysts for High‐Efficiency Acidic Hydrogen Evolution

纳米材料基催化剂 过电位 铂金 X射线吸收光谱法 材料科学 催化作用 电子结构 纳米技术 纳米颗粒 化学 物理化学 吸收光谱法 计算化学 物理 有机化学 电化学 电极 量子力学
作者
Mi Luo,Bingbao Mei,Lin Huang,Haiyong Wang,Chenguang Wang
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (15): e202500640-e202500640
标识
DOI:10.1002/cssc.202500640
摘要

The rational construction of single‐atom‐mediated Pt catalysts with optimized electronic structures and robust stability remains a grand challenge for hydrogen evolution reaction (HER). Herein, spatial confinement coupled with a d ‐band engineering strategy is pioneered to fabricate cobalt single‐atom coordinated Pt nanocatalysts (Pt@Co‐SAs/NC), achieving exceptional HER activity with ultralow Pt loading (0.94 wt%). The Pt@Co‐SAs/NC exhibits an overpotential of 15 mV at 10 mA cm −2 (η 10 ) and 21.8‐fold enhanced mass activity at 20 mV versus commercial Pt/C, surpassing most reported Pt‐based systems. Synchrotron X‐ray absorption spectroscopy and theoretical studies reveal that the atomically dispersed CoN 4 sites adjacent to Pt NPs serve as electronic modulators, inducing a 0.36 eV downshift of the Pt d ‐band center through interfacial charge redistribution. This electronic engineering weakens hydrogen adsorption strength (Δ G H* = −0.17 eV) while accelerating H 2 desorption kinetics. Furthermore, the CoN 4 ‐anchored carbon matrix suppresses nanoparticle aggregation and ensures exceptional durability through strong metal‐support interactions, maintaining 94.2% activity after 130 h operation. This work establishes an atomic‐level electronic modulation paradigm for designing highly efficient, cost‐effective, and durable electrocatalysts.
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