高价位非3d金属调控非晶态PtRu团簇实现高效稳定的pH普适性析氢反应

本文报道了一种通过一锅法合成锚定在磷钼酸(PMo12)上的亚2纳米非晶态PtRu双金属团簇催化剂。该催化剂在pH普适性析氢反应(HER)中表现出卓越性能，碱性/中性/酸性条件下仅需27/38/14 mV过电位即可达到10 mA cm?2，质量活性是商用Pt/C的3-4.6倍。通过强金属-载体相互作用(SMSI)和原位拉曼光谱证实，高价位Mo调控的电子结构优化了水分子吸附/解吸动力学，组装的阴离子交换膜电解槽(AEMWE)可在500 mA cm?2下稳定运行300小时。

　　

亮点

• 通过高价位非3d金属钼调控实现非晶态PtRu团簇电子结构优化

• 在碱性(27 mV)、中性(38 mV)、酸性(14 mV)条件下均展现卓越HER活性

• 质量活性达9.89 A mg^?1_Pt+Ru，是商用Pt/C的3-4.6倍

• 磷钼酸(PMo₁₂)载体诱导强金属-载体相互作用(SMSI)

材料与方法

采用简单溶剂热法，以RuCl₃·xH₂O和H₂PtCl₆·6H₂O为前驱体，甲醛为还原剂，在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助下制备Pt_0.63Ru_0.37/PMo₁₂催化剂。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)显示PMo₁₂特征峰（1064 cm^?1的P-O键，960 cm^?1的Mo=O键），证实其结构完整性。

结果与讨论

像差校正透射电镜(AC-TEM)显示PtRu团簇呈非晶态均匀分散，平均尺寸<2 nm。X射线光电子能谱(XPS)揭示Pt 4f轨道结合能正移0.3 eV，表明电子从Pt向PMo₁₂转移。原位拉曼光谱捕捉到反应过程中Mo=O键振动减弱，证实界面电子重排促进水解离。

结论

该工作通过高价位Mo调控构建了具有SMSI效应的非晶态PtRu/PMo₁₂催化剂，其独特的电子结构使水解离能垒降低，在pH普适性HER中创下性能记录。组装的Pt_0.63Ru_0.37/PMo₁₂||IrO₂电解槽在工业级电流密度下稳定运行300小时，为绿色制氢提供了新型催化剂设计范式。