迄今為止，由于對(duì)氧還原反應(yīng)(ORR)和析氫反應(yīng)(HER)的高催化活性，碳負(fù)載鉑成為這類應(yīng)用的有效催化劑。Pt基貴金屬具有低過(guò)電位和快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)，在電催化領(lǐng)域具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。然而，其儲(chǔ)量稀缺、過(guò)高的價(jià)格、較低的活性和耐久性嚴(yán)重限制了它們?cè)谀芰哭D(zhuǎn)換設(shè)備上的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。

因此，將單原子催化和強(qiáng)金屬載體相互作用(SMSI)相結(jié)合的綜合工程將是最大限度地提高鉑和單原子金屬作為多活性物種的原子效率的有利策略。

近日，武漢理工大學(xué)木士春課題組利用MOF衍生的具有Mn單原子的碳骨架(Mn-SAs/N-C)作為載體，通過(guò)它們之間的強(qiáng)耦合作用進(jìn)一步限制了Pt的過(guò)度生長(zhǎng)。

具體而言，在單原子Mn-N-C體系中引入了額外的活性Pt，以進(jìn)一步提高催化性能，同時(shí)保留了反應(yīng)的選擇性和耐久性。由于Mn位點(diǎn)和Pt位點(diǎn)的強(qiáng)耦合作用以及Mn單原子位點(diǎn)對(duì)Pt的隔離作用，很好地抑制Pt物種在高溫?zé)峤膺^(guò)程中的過(guò)度生長(zhǎng)(負(fù)載量為1.98 wt.%)。

此外，分離的Mn?N₄位點(diǎn)與Pt位點(diǎn)之間的電荷密度重新分布以及活性Pt位點(diǎn)上的d帶中心的負(fù)移，導(dǎo)致對(duì)關(guān)鍵OH*和H*中間體的吸附減弱和反應(yīng)能壘降低，進(jìn)而增加了其ORR和HER活性。

因此，所制備的Pt@Mn-SAs/N-C催化劑的酸性/堿性O(shè)RR半波電位(E_1/2)為0.896/0.91 V_RHE，在1.85和0.9 V的質(zhì)量活性分別為0.62/0.588和0.39/0.398 A mg_Pt^?1，是商業(yè)Pt/C催化劑的9.6/9.1和11.1/14.7倍。

對(duì)于HER，Pt@Mn-SAs/N-C催化劑在酸性/堿性條件下，在10 mA cm^?2電流密度下的過(guò)電位為25/16 mV，并且具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。因此，這項(xiàng)工作為ORR和HER電催化提供了一種高效、低成本的電催化劑，并為研究具有多種活性物種的整合催化實(shí)體提供了范例。

Marriage of Ultralow Platinum and Single-Atom MnN₄ Moiety for Augmented ORR and HER Catalysis. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.2c06340