氫氣具有高能量密度和產物無污染的優點，被普遍認為是傳統化石燃料的很有前景的替代品。電解水是一種清潔、便捷的制氫技術，但電解水需要高性能的催化劑來加速陰極的析氫反應(HER)，尤其是在較寬的pH范圍內。目前，Pt基材料被認為是最先進的HER催化劑，但由于其較弱的水解離和較強的Pt-Had強度，大多數Pt基材料需要經歷緩慢的Volmer步驟和較差的H脫附。令人難過的是，提高鉑基催化劑的HER本征活性仍然是一個巨大的挑戰，尤其是在較寬的pH范圍內。
基于此，廣西大學尹詩斌等人利用異質結構、CeO2和W的優點設計制備了PtCoW@CeO2異質結構催化劑，該催化劑可以加速水的解離，改善OHad的脫附，在較寬的pH范圍內表現出高效的HER性能。本文研究了PtCoW@CeO2在1.0 M KOH，1.0 M磷酸鹽緩沖液(PBS)，0.5 M H2SO4中的HER性能。PtCoW@CeO2只需要-26 mV(1.0 M KOH)、-25 mV(1.0 M PBS)和-23 mV(0.5 M H2SO4)的過電位(η)就可以達到10 mA cm-2的電流密度，這超過了PtCoW(1.0 M KOH：η-10=-39 mV；1.0 M PBS：η-10=-32 mV；0.5 M H2SO4:：η-10=-32 mV)和PtCo@CeO2(1.0 M KOH：η-10=-34 mV；1.0 M PBS：η-10=-27 mV；0.5 M H2SO4：η-10=-28 mV)的活性。此外，PtCo的過電位(1.0 M KOH：η-10=-47 mV；1.0 M PBS：η-10=-33 mV；0.5 M H2SO4：η-10=-36 mV)與PtCo@CeO2和PtCoW相比略有增加。有趣的是，PtCoW@CeO2比商業Pt/C表現出更好的HER活性(1.0 M KOH：η-10=-48 mV；1.0 M PBS：η-10=-34 mV；0.5 M H2SO4：η-10=-37 mV)，在最近報道的Pt催化劑中也顯示出出色的HER活性。此外，還測試了PtCoW@CeO2的穩定性。在1.0 M KOH(8 mV)、1.0 M PBS(12 mV)和0.5 M H2SO4(6 mV)溶液中，在50,000次循環測試后，PtCoW@CeO2的電位在電流密度為-10 mA cm-2時出現了輕微變化，遠低于Pt/C(1.0 M KOH (52 mV)、1.0 M PBS(75 mV)和0.5 M H2SO4(44 mV))，且PtCoW@CeO2的穩定性也優于PtCoW和PtCo@CeO2。更增加令人驚喜的是，PtCoW@CeO2的HER活性可以在-20 mA cm-2的電流密度下穩定維持40小時，PtCoW@CeO2顯示出較高的HER穩定性。密度泛函理論(DFT)計算證明，構建PtCoW@CeO2異質結構理論上可以提供優異的HER性能。此外，DFT結果還表明CeO2和W可以誘導Pt表面的電子重分布，加速Volmer步驟的水解離，從而提供更多的氫中間體，提高HER活性。此外，優化后的PtCoW@CeO2異質結構的d帶中心值可以促進水的吸附/解離，并調節Pt-Had的結合強度，從而獲得最佳的ΔGH*值，從而加快產氫。更重要的是，由于CeO2和W雜原子摻雜具有理想的抗腐蝕能力，PtCoW@CeO2異質結構表現出良好的HER穩定性。因此，這項工作不僅為設計和制備具有良好的HER動力學的Pt基催化劑提供了新方法，而且展示了其在較寬的pH范圍內實現商業化產氫的潛力。Coupling Interface Engineering with Electronic Interaction toward High-Efficiency H2 Evolution in pH-Universal Electrolytes, Journal of Energy Chemistry, 2023, DOI: 10.1016/j.jechem.2023.01.060.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.01.060.
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