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Electronic metal-support interaction modulates single-atom platinum catalysis for hydrogen evolution reaction.

电子金属-载体相互作用调节单原子铂催化析氢反应

基本信息

DOI:
10.1038/s41467-021-23306-6
发表时间:
2021-05-21
影响因子:
16.6
通讯作者:
Chen W
中科院分区:
综合性期刊1区
文献类型:
Journal Article
作者: Shi Y;Ma ZR;Xiao YY;Yin YC;Huang WM;Huang ZC;Zheng YZ;Mu FY;Huang R;Shi GY;Sun YY;Xia XH;Chen W研究方向: -- MeSH主题词: --
关键词: --
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文献摘要

Tuning metal–support interaction has been considered as an effective approach to modulate the electronic structure and catalytic activity of supported metal catalysts. At the atomic level, the understanding of the structure–activity relationship still remains obscure in heterogeneous catalysis, such as the conversion of water (alkaline) or hydronium ions (acid) to hydrogen (hydrogen evolution reaction, HER). Here, we reveal that the fine control over the oxidation states of single-atom Pt catalysts through electronic metal–support interaction significantly modulates the catalytic activities in either acidic or alkaline HER. Combined with detailed spectroscopic and electrochemical characterizations, the structure–activity relationship is established by correlating the acidic/alkaline HER activity with the average oxidation state of single-atom Pt and the Pt–H/Pt–OH interaction. This study sheds light on the atomic-level mechanistic understanding of acidic and alkaline HER, and further provides guidelines for the rational design of high-performance single-atom catalysts. Insights into the rational design of single-atom metal catalysts remains obscure in heterogeneous catalysis. Here, the authors establish the atomic-level structure–activity relationship for a wide-pH-range hydrogen evolution reaction through the electronic metal–support interaction modulation.
调节金属 - 载体相互作用被认为是调节负载型金属催化剂的电子结构和催化活性的有效方法。在原子水平上,在多相催化中对结构 - 活性关系的理解仍然不清楚,例如水(碱性)或水合氢离子(酸性)转化为氢气(析氢反应,HER)。在此,我们揭示了通过金属 - 载体电子相互作用对单原子Pt催化剂氧化态的精细控制显著调节了酸性或碱性HER中的催化活性。结合详细的光谱和电化学表征,通过将酸性/碱性HER活性与单原子Pt的平均氧化态以及Pt - H/Pt - OH相互作用相关联,建立了结构 - 活性关系。这项研究阐明了对酸性和碱性HER在原子水平上的机理理解,并进一步为高性能单原子催化剂的合理设计提供了指导原则。 在多相催化中,对单原子金属催化剂合理设计的见解仍然不清楚。在此,作者通过金属 - 载体电子相互作用的调节,建立了宽pH范围析氢反应的原子水平结构 - 活性关系。
参考文献(0)
被引文献(0)
Single platinum atoms embedded in nanoporous cobalt selenide as electrocatalyst for accelerating hydrogen evolution reaction
嵌入纳米多孔硒化钴中的单铂原子作为加速析氢反应的电催化剂
DOI:
10.1038/s41467-019-09765-y
发表时间:
2019-04-15
期刊:
NATURE COMMUNICATIONS
影响因子:
16.6
作者:
Jiang, Kang;Liu, Boyang;Tan, Yongwen
通讯作者:
Tan, Yongwen
Controlling the oxidation state of Pt single atoms for maximizing catalytic activity
DOI:
10.1002/ange.202009776
发表时间:
2020-01-01
期刊:
Angew. Chem
影响因子:
0
作者:
Jeong, H.;Shin, D.;Lee, H.
通讯作者:
Lee, H.
Using Photoelectron Spectroscopy and Quantum Mechanics to Determine d-Band Energies of Metals for Catalytic Applications
DOI:
10.1021/jp303276z
发表时间:
2012-11-15
期刊:
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
影响因子:
3.7
作者:
Hofmann, Timo;Yu, Ted H.;Heske, Clemens
通讯作者:
Heske, Clemens
Complementarity between high-energy photoelectron and L-edge spectroscopy for probing the electronic structure of 5d transition metal catalysts
DOI:
10.1039/b926414k
发表时间:
2010-01-01
期刊:
PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
影响因子:
3.3
作者:
Anniyev, Toyli;Ogasawara, Hirohito;Nilsson, Anders
通讯作者:
Nilsson, Anders
Modulating the local coordination environment of single-atom catalysts for enhanced catalytic performance
调节单原子催化剂的局部配位环境以增强催化性能
DOI:
10.1007/s12274-020-2755-3
发表时间:
2020-03-30
期刊:
NANO RESEARCH
影响因子:
9.9
作者:
Li, Xinyuan;Rong, Hongpan;Li, Yadong
通讯作者:
Li, Yadong

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Chen W
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