南京师范大学、东南大学Small：独立调控H/OH吸附：打破铂族金属催化剂在电催化析氢反应中H/OH吸附和H2O之间的平衡限制

第一作者：张嘉晨

通讯作者：孙瀚君*，唐亚文*，黄凯*

单位：南京师范大学，东南大学

铂族金属（如铑、钯、铱、铂）催化剂由于其适度的H吸附强度，一直被认为是最有效的氢析出反应（HER）电催化剂。然而，碱性介质中高的H₂O解离能垒限制了铂族金属催化剂的催化性能。通常而言，在单一活性位点上存在活性物种之间的线性约束，难以同时实现较低的H₂O解离能垒和适中的H/OH吸附强度。为了解决这一问题，在本工作中，作者构建了“M-Ox-W”（M=铑、钯、铱、铂）配位不饱和活性区域，其中活性物种H和OH可以分别锚定在铂族金属位点和不饱和的W位点上，以实现对它们的单独调节。通过实验和密度泛函理论计算，作者发现通过引入额外的OH吸附位点（配位不饱和WO₃-x）不仅避免了H和OH在单个位点上的竞争吸附，同时其较强的OH吸附能力有效地促进了界面水的吸附/解离。其中，具有代表性的Rh-WO₃-x催化剂在HER中表现出卓越的催化活性和耐久性。本项研究的成果不仅为设计高效的铂族金属HER催化剂提供了有价值的见解，而且为开发其它高效的电催化剂提供了启发。

近日，来自南京师范大学的孙瀚君教授/唐亚文教授与东南大学的黄凯教授合作，在Small上发表题为“Independent Control over the H/OH Adsorption: Breaking the Trade-Off between H/OH-Adsorption and H₂O-Dissociation of Platinum-Group Metal Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction”的文章。该文章通过构建了“M-Ox-W”（M=铑、钯、铱、铂）配位不饱和活性区域实现了对活性物种H/OH的分别调控，从而打破了H/OH吸附和H₂O之间的平衡限制。

以WO₃前驱体，随后通过浸渍法引入Rh。最后，在还原性气氛H2/Ar下通过热处理得到了具有不饱和配位的Rh-WO_3-x催化剂，采用类似的方法制备了Rh-WO₃催化剂，唯一的不同点在于以Ar为煅烧气氛。

使用三电极体系评价了Rh-WO_3-x的电催化性能， Rh-WO₃-x在电流密度10 mA cm^-2处的过电位为12 mV，远小于Rh-WO₃ (25 mV)和商用Pt/C (23 mV)，表明协同不饱和W-Ox位点在促进HER过程中的关键作用。与Rh-WO₃-x类似，其他M-WO₃-x (M= Pd、Ir和Pd)催化剂在引入配位不饱和W-Ox后，催化活性也显著增强，表明增强HER活性具有较强的普适性。

通过CO-毒化实验、原位拉曼实验、动力学的同位素效应及理论计算结果，发现了配位不饱和WO₃-x对显著增强了对OH的吸附作用，从而促进了界面水的吸附/解离。除此以外，额外的OH吸附位点的引入也避免了OH对贵金属位点的毒化作用，有效提高了贵金属活性位点的原子利用率和H吸脱附效率，从而表现出了优异的催化活性。

Independent Control over the H/OH Adsorption: Breaking the Trade-Off between H/OH-Adsorption and H₂O-Dissociation of Platinum-Group Metal Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction

孙瀚君教授简介：南京师范大学教授、国家自然科学基金委优秀青年基金获得者，江苏特聘教授、博士生导师。2011年于南京师范大学获学士学位，2017年于中国科学院长春应用化学研究所获博士学位，2017-2021年于德国德累斯顿工业大学从事博士后研究。自2020年起连续五年入选斯坦福大学全球前2%影响力科学家，获吉林省自然科学一等奖一项（第三完成人）。以通讯/第一作者发表论文30余篇，代表性工作发表于Angew. Chem. Int. Ed.（6）、Adv. Mater.（4）、Acc. Chem. Res.，等学术等期刊，总被引7600余次，H因子33。申请发明专利7项，已授权中国发明专利4项。担任Chinese Chemical Letter、Carbon Energy青年编委。相关工作被C&EN、MaterialsViews、WileyChem等学术媒体报道；参编学术专著一部；主持/承担国家自然科学基金委优秀青年基金、青年基金，国家重点研发计划青年科学家等项目。主要研究方向为共轭材料光/电催化、类酶催化、能源转换等。

唐亚文教授简介：南京师范大学教授、博士生导师，南京师范大学化学与材料科学学院院长、中国化学会理事、江苏省化学化工学会理事、江苏省电化学专业委员会主任、江苏省新型动力电池重点实验室主任、江苏省氢燃料电池汽车产业研究中心委员、江苏省教育学会化学教学会理事长。主要研究方向为能源材料、电化学。在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy. Mater、Adv. Funct. Mater、Nano Lett、Nano Energy、ACS Nano、Chem. Sci等期刊发表SCI论文300余篇，H因子69；申报和授权国家发明专利36件；主编教材/专著3部；主持国家863项目和国家自然科学基金项目等8项，省部级4项；获江苏省教学成果二等奖两项，省科学技术奖两项。南京师范大学奕熙精英教师奖、教书育人奖、师德先进个人奖获得者。

黄凯教授简介：东南大学化学化工学院教授，博士生导师。2002年3月毕业于浙江大学化学工程系，并获工学博士学位。一直致力于催化反应工程、化工传递过程方面的理论和实验研究工作，先后主持了新型反应器设计、催化剂工程、催化反应机理及动力学、化工传递过程等领域的多项国家级、省部级科研项目；近年来，主要从事CO2利用新技术、苯乙烯下游生产工艺开发、新型道路铺装材料以及精细化学品开发方面的研究工作。在Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Eng. J., Chem. Eng. Sci., Adv. Energy Mater., Ind. Eng. Chem. Res., Appl. Catal. B等国内外学术期刊发表学术论文100多篇，申请国家发明专利20多项，其中10项已获授权。

光电催化，光催化等研究方向，具有光/电催化有机合成等相关研究背景更佳。要求申请人具有良好的学术能力和发展潜力，具有高度的责任心和良好的团队合作精神，工作勤奋踏实，勇于承担前沿科研工作。

待遇条件：

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