电催化水分解制氢是一种极有前途的制氢策略。其大规模应用的关键是开发高效、低成本的电催化剂。迄今为止，Pt基材料仍是是电催化水分解中阴极析氢（HER）反应的最有效电催化剂。然而，Pt的稀缺性和高成本严重限制了其实际应用。因此，降低催化剂中Pt的含量，同时保持其高催化性能具有重要意义。实现这一目标的一种有效策略是构建单原子催化剂，其中所有Pt（或贵金属）原子孤立分散在载体上，最大化Pt活性位点的暴露，显著提高其利用效率或质量活性，从而显著最小化催化剂中Pt含量。

有鉴于此，山东大学侯万国教授报道了采用限域法合成了单层WO₃·H₂O（ML-WO₃·H₂O）纳米片，然后将Pt单原子（Pt-SA）固定在单层WO₃（MLWO₃）上，成功构建了Pt单原子催化剂（SAC）。

文章要点

1）Pt-SA/ML-WO₃保持了ML-WO₃·H₂O的单层结构，单层率高达93%，并且具有丰富的缺陷（O空位和W空位）。

2）实验结果显示，Pt-SA/ML-WO₃具有优异的电催化性能，其过电位（η）仅需−22 mV即可实现−10 mA cm⁻²的电流密度，低塔菲尔斜率低至27 mV dec⁻¹，同时在η为−50 mV时，具有87 H₂ s⁻¹的超高周转频率，以及长期稳定性。特别值得注意的是，Pt-SA/ML-WO₃在η为50 mV下具有87 A mg_Pt⁻¹的超高质量活性，是最先进的商用催化剂20wt%Pt/C（0.54 A mg_Pt⁻¹）的160倍。

3）实验和密度泛函理论（DFT）计算结果显示，Pt-SA/ML-WO₃优异的电催化HER性能源于Pt单原子与载体之间的强烈协同效应。

这项研究为大规模制备ML-WO3纳米片提供了一条有效的途径，并证明了ML-WO3是一种出色的SACs载体，此外也突出了SACs在降低催化剂中贵金属含量方面的巨大潜力。

参考文献

Deliang Wang, et al, Single Platinum Atoms Immobilized on Monolayer Tungsten Trioxide Nanosheets as an Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202009770

https://doi.org/10.1002/adfm.202009770