Crystalline Lattice‐Confined Atomic Pt in Metal Carbides to Match Electronic Structures and Hydrogen Evolution Behaviors of Platinum

材料科学 催化作用 铂金 化学物理 碳化物 电子结构 金属 共价键 离解(化学) 原子单位 电子组态 价(化学) 结晶学 物理化学 计算化学 化学 冶金 有机化学 生物化学 离子 物理 量子力学
作者
Tian Ma,Hao Cao,Shuang Li,Sujiao Cao,Zhenyang Zhao,Zihe Wu,Rui Yan,Chengdong Yang,Yi Wang,Peter A. van Aken,Qiu Li,Yang‐Gang Wang,Chong Cheng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (41) 被引量:145
标识
DOI:10.1002/adma.202206368
摘要

Platinum-based catalysts occupy a pivotal position in diverse catalytic applications in hydrogen chemistry and electrochemistry, for instance, the hydrogen evolution reactions (HER). While adsorbed Pt atoms on supports often cause severe mismatching on electronic structures and HER behaviors from metallic Pt due to the different energy level distribution of electron orbitals. Here, the design of crystalline lattice-confined atomic Pt in metal carbides using the Pt-centered polyoxometalate frameworks with strong PtO-metal covalent bonds is reported. Remarkably, the lattice-confined atomic Pt in the tungsten carbides (Ptdoped @WCx , both Pt and W have atomic radii of 1.3 Å) exhibit near-zero valence states and similar electronic structures as metallic Pt, thus delivering matched energy level distributions of the Pt 5dz 2 and H 1s orbitals and similar acidic hydrogen evolution behaviors. In alkaline conditions, the Ptdoped @WCx exhibits 40 times greater mass activity (49.5 A mgPt-1 at η = 150 mV) than the Pt@C because of the favorable water dissociation and H* transport. These findings offer a universal pathway to construct urgently needed atomic-scale catalysts for broad catalytic reactions.
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