Amorphizing noble metal chalcogenide catalysts at the single-layer limit towards hydrogen production

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作者
Yongmin He,Liren Liu,Chao Zhu,Shasha Guo,Prafful Golani,Bonhyeong Koo,Pengyi Tang,Zhiqiang Zhao,Manzhang Xu,Chao Zhu,Peng Yu,Xin Zhou,Caitian Gao,Xuewen Wang,Zude Shi,Zheng Lu,Jiefu Yang,Byungha Shin,Jordi Arbiol,Huigao Duan
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:5 (3): 212-221 被引量:184
标识
DOI:10.1038/s41929-022-00753-y
摘要

Rational design of noble metal catalysts with the potential to leverage efficiency is vital for industrial applications. Such an ultimate atom-utilization efficiency can be achieved when all noble metal atoms exclusively contribute to catalysis. Here, we demonstrate the fabrication of a wafer-size amorphous PtSex film on a SiO2 substate via a low-temperature amorphization strategy, which offers single-atom-layer Pt catalysts with high atom-utilization efficiency (~26 wt%). This amorphous PtSex (1.2 < x < 1.3) behaves as a fully activated surface, accessible to catalytic reactions, and features a nearly 100% current density relative to a pure Pt surface and reliable production of sustained high-flux hydrogen over a 2 inch wafer as a proof-of-concept. Furthermore, an electrolyser is demonstrated to generate a high current density of 1,000 mA cm−2. Such an amorphization strategy is potentially extendable to other noble metals, including the Pd, Ir, Os, Rh and Ru elements, demonstrating the universality of single-atom-layer catalysts. The scarcity and high price of noble metal catalysts pose critical challenges for the chemical industry, and finding strategies that ensure complete atom efficiency has become a pivotal endeavour. This work introduces the fabrication of amorphous single-layer PtSex catalysts for the hydrogen evolution reaction with high atom-utilization efficiency.
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