窦世学院士Small文章：单原子层Pt团簇催化剂及其原子结构演变形成过程- 大数跨境

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窦世学院士Small文章：单原子层Pt团簇催化剂及其原子结构演变形成过程

科学材料站

2021-06-09

导读：该文章报道了单原子层催化剂及其形成过程演变，同时对比了单原子催化剂、纳米催化剂与单原子层催化剂的电化学性能。

文章信息

单原子层Pt团簇催化剂的原子结构演变

第一作者：张斌伟，任龙，徐忠菲

通讯作者：王云晓，杜轶，窦世学

单位：澳大利亚卧龙岗大学

研究背景

Pt基催化剂作为高效催化剂，被广泛的应用在电化学能源转化体系中。为了减少Pt使用量的同时，保持其活性是研究难点。单原子催化剂通常表现出优异的性能，然而它不是万能的，特别是对于某些需要连续Pt活性位点的催化反应，单原子催化剂由于自身特点的限制，不能提供连续活性位点。

团簇催化剂，通常包含的原子数目比较少，同时具有连续的Pt活性位点，因此被认为是非常有吸引力的催化剂材料。

本篇文章报导了Pt单原子层的团簇催化剂作为一种高效的催化剂。这种Pt单原子层催化剂是有单原子Pt自组装而成，形成特殊的Pt-Pt共价键。相较于单原子催化剂，多层催化剂以及纳米催化剂，该单原子层催化剂表现出最优异的电化学性能。

文章简介

基于此，来自澳大利亚卧龙岗大学的窦世学院士团队在国际知名期刊Small上发表题为“Atomic Structural Evolution of Single-Layer Pt Clusters as Efficient Electrocatalysts”的文章。

该文章报道了单原子层催化剂及其形成过程演变，同时对比了单原子催化剂、纳米催化剂与单原子层催化剂的电化学性能。

图1. 单原子催化剂的自组装成单原子层催化剂的结构演变。

本文要点

要点一：单原子层催化剂

本文章报道了Pt单原子层催化剂，并且利用ex-situ的STEM, XAS等手段观察了其形成过程的原子结构演变。运用精准的温度调控，配合TiO2纳米片载体的优势，记录单原子通过自组装的方式形成了Pt单原子层催化剂。

图2. 单原子层催化剂优异的HER性能。

要点二：优异的电化学性能

这种单原子层的Pt团簇催化剂，大约由7-14个Pt原子组成，其Pt原子之间是以共价键形式存在，因此不仅保持有单原子催化剂的高活性，同时也具有连续的Pt活性位点，对于各类电催化反应（HER, ORR, 醇类电氧化等等）都具有优异的性能。

文章链接

Atomic Structural Evolution of Single-Layer Pt Clusters as Efficient Electrocatalysts

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100732

通讯作者介绍

王云晓（Yun-Xiao Wang），澳大利亚伍伦贡大学超导与电子研究所研究员。

2015年毕业澳大利亚伍伦贡大学获博士学位。她主要从事材料的纳米级/原子级设计和调控，并将其应用到能量储存与转化领域。以第一作者或通讯作者在Nature Chemistry, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie, Advanced Materials等权威刊物上发表多篇研究性论文。文章引用4500余次，h因子为34.

杜轶教授、博士生导师。

2011年毕业于澳大利亚伍伦贡大学获得材料学博士学位。曾先后供职于澳大利亚伍伦贡大学的澳大利亚创新材料研究院（AIIM）和超导与电子材料研究所、北京航空航天大学物理学院北航-伍伦贡联合研究中心等院校和研究机构。他主要进行表面物理和低维量子物质（包括二维量子材料、液态金属和光电能源催化材料）的研究工作。发表SCI论文200余篇，引用6000余次，h-index 43.

窦世学院士，澳大利亚伍伦贡大学杰出教授，伍伦贡大学超导与电子材料研究所 (ISEM)创始人。

于1984年加拿大达尔豪西大学获得博士学位，1998年澳大利亚新南威尔士大学获得科学博士学位，1994年当选为澳大利亚工程院院士。为表彰其在材料科学与工程领域对社会的杰出贡献，澳大利亚政府授予他2003年世纪奖章和2019年澳大利亚员佐勋章。窦院士的研究领域涵盖新能源材料和电子材料，所发表SCI论文总引用次数超过4.2万次，被科睿唯安评为“材料科学”领域的全球高被引科学家。窦院士先后指导博士研究生毕业98人，指导博士后、访问学者60余人。窦院士是澳大利亚汽车自动化研究委员会（2020年）电气化项目的首席科学家和澳大利亚可再生能源署（2016-2020年）智能钠电池存储系统项目的首席科学家