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近日，湖南大學譚勇文教授團隊在Nature子刊《Nature Communications》（IF:12.353）發表題為“Single platinum atoms embedded in nanoporous cobalt selenide as electrocatalyst for accelerating hydrogen evolution reaction”的研究論文。課題組碩士研究生蔣康，瑞典斯德哥爾摩大學劉鉑洋博士和上海工業大學羅敏副教授為該論文的共同第一作者，譚勇文教授為通訊作者。課題組彭鳴老師和博士生趙揚參與此工作。
電催化水分解析氫是一種前景廣闊的可持續能源技術。貴金屬鉑獨特的電子結構使其在析氫反應中擁有高催化活性，但其工業應用受到價格昂貴的限制。非貴金屬催化劑雖然成本低，但其催化效果難以與鉑媲美。為了解決此類難題，單原子催化劑受到科研人員的廣泛關注。單原子催化劑的原子利用率接近100%，不僅顯著地降低了催化劑的成本，而且能進一步提高催化劑的本徵催化活性。儘管目前部分研究已表明孤立的單原子與載體之間的強相互作用力是高催化活性的來源，然而催化劑在真實反應條件下涉及到一系列複雜的動態過程。因此，探明催化劑在真實催化條件下的反應機理以及活性中心的動態過程，是高效催化劑的設計與製備的核心問題和重要挑戰。
基於上述關鍵問題，譚勇文教授團隊通過原子級工程將納米多孔硒化鈷基底表面的鈷原子進行選擇性微量溶解形成鈷空位，隨後將鉑原子嵌入納米多孔硒化鈷基底的鈷空位中，製備一種在全pH條件下具有高催化活性的單原子鉑摻雜的催化劑。研究人員進一步採用原位同步輻射等表徵手段對真實催化條件下的單原子催化劑進行系統的研究，闡明瞭孤立的鉑原子能夠激發周圍惰性鈷原子的催化活性使鈷原子轉化為水解離的活性位點。同時，單原子鉑能與周圍的鈷原子產生協同作用共同促進析氫反應的熱力學和動力學過程。該研究不僅為單原子摻雜導致催化劑催化活性增強的機理提供了直接證據，也為析氫反應催化劑和其他能源轉換反應催化劑的設計提供了新的思路。
上述研究受到國家自然科學基金、國家“青年千人計劃”項目、中央高校基礎研究基金和湖南大學汽車車身先進設計製造國家重點實驗室自主研發項目的資助。同時，該研究得到了新加坡國立大學寧守從博士、臺灣同步輻射中心詹丁山博士團隊以及荷蘭烏特勒支大學Frank F.M.de Groot教授團隊的支持。
-Material Science ---
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