标题：The electronic metal-support interaction directing the design of singleatomic site catalyst: achieving high efficiency towards hydrogen evolution

第一作者：Jiarui Yang

通讯作者：Dingsheng Wang

通讯单位：清华大学

研究内容

到目前为止，开发对析氢反应具有高催化效率的非铂催化剂仍然存在很大的困难。因此，有必要开发新的催化剂设计方法。在这里，作者提出了通过电子金属-载体相互作用（EMSI）设计的催化剂，这被证明是寻找高效催化剂的可靠策略。首先进行了密度泛函理论计算，以设计合适的催化剂EMSI。在计算过程中应用了M1-M2-X（X=C, N, O）的模型。在我们选择的催化剂中，发现具有Rh1-Ti2C2活性位点的Rh1TiC的EMSI是最适合HER的催化剂。电化学实验进一步证明了EMSI策略的可行性。Rh1-TiC的单原子位点催化剂表现出比最先进的 Pt/C更高的催化效率。在酸性介质中10 mA·cm^-2和100 mA·cm^-2的电流密度下实现了22 mV和86 mV的小过电位，Tafel斜率为25 mV·dec^-1，质量活性54403.9 mA·cm^-2·mg_Rh^-1（对比Pt/C的 192.2 mA·cm^-2·mg_Pt^-1）。此外，与Pt/C相比，它还显示出吸引人的节能优势（在2 kA·m^-2 时耗电量降低约 20%）因此，我们认为调节 EMSI 的策略可以作为实现高SAC 下一步的催化效率

要点1

作者报道了一种基于碳化钛（TiC）的催化剂，具有低负载水平的Rh单原子（表示为Rh1TiC），其通过改进的初始润湿方法和随后的热处理来实现。据理论分析，电子从相邻的Ti原子通过Rh和TiC基底之间的EMSI转移到孤立的Rh中心，从而在电化学反应中形成富电子环境。经过理论计算，Rh1-TiC的电催化效率也证明了EMSI策略的可行性。

要点2

该催化剂表现出优异的稳定性，在10mA cm^-2甚至500mA·cm^-2时的24 h显示出轻微的下降，因此对下一步电化学制氢具有诱人的前景。

要点3

除了高催化活性之外，我们提出的EMSI策略还可以进一步丰富电化学设计模型，为高效催化剂的开发提供一种替代途径。

图1. 理论设计的过程。

图2. 结构表征。

图3. 电化学表征。

图4. 对EMSI的进一步研究。

参考文献

Dingsheng Wang, Jiarui Yang, Wen-Hao Li, ShengdongTan, Kaini Xu, Yu Wang, Yadong Li. The electronic metal-support interaction directing the design of single atomic site catalyst: achieving high efficiency towards hydrogen evolution. Angew. Chem. Int.Ed., 2021.

DOI：10.1002/anie.202107123