第一作者：ong>Zhonghua Ma, Chang Chen
通讯作者：Xiangzhi Cui ，Lianjun Wang
通讯单位：中国科学院大学，东华大学
研究内容：
非晶态纳米结构通常表现出特殊和有趣的催化活性，其电化学性能可以在运行过程中进行调整。一种简单的自激活的方法 非晶铂（A-Pt）纳米球已被用于开发一种持久高效的氢电极催化剂，用于析氢反应(HER)和氢氧化反应(HOR)，在电化学循环过程中被原位转化为晶体对应物并部分氧化，导致HER和HOR活性的自活化增强，相应的过电位降低5倍，氢氧化电流密度增加67%。特别是，除了比基准Pt/C高12倍的质量活性外，原位激活的A-Pt即使在20 000个循环后也显示出比Pt/C更低的HER过电位。这在电化学循环过程中，非晶态铂的快速自重建过程（结晶和氧化）显著提高了催化性能。这项工作显示了非晶纳米结构的有趣性质，并为通过相工程设计高效的电催化剂提供了新的思路。
要点一：
虽然晶体Pt的固有电催化活性已被广泛报道，但非晶态铂甚至瞬态相包括非晶态和晶体还远没有被研究过，在此，本文作者首次报道了一种新的策略，通过在电化学过程中自激活非晶相主导的Pt纳米球，来构建高效的氢电极反应催化剂(HER和HOR)。首先通过吡咯和氯铂酸(H2PtCl6)制备了非晶相优势的Pt纳米球，然后研究了铂相变对HER和HOR的影响。研究发现，这种非晶催化剂材料在酸性溶液HER中经历了快速的自重建过程。经过50个周期的自活化后，其呈无定形状态 Pt纳米球原位转化为尺寸为2−3nm的晶体对应物，在电流密度为10 mA cm−2时，HER的过电位从最初的89.7mV减小到18.8mV。
要点二：
x射线光电子能谱(XPS)和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)证实了部分具有Pt−Cl配位的非晶Pt转化为低温 经过电化学循环后的Pt−O键，使处理后的非定形Pt对HER和HOR具有良好的双功能活性。Pt−O位点显示了最佳的HBE，提高的抗氧化能力和复杂的H*转移过程。因此，在电化学循环过程中，无定型Pt在原位活化中的Pt−O位点导致HER和HOR性能改善的原因。
图1. (a, b)不同倍率下制备的A-Pt纳米球的SEM图像。(c) A-Pt纳米球的TEM图像和插图SAED图。(d) A-Pt纳米球的HRTEM图像。(e) A-Pt纳米球和20% Pt/C的XRD谱图。(f)加入吡咯后的前驱体溶液和形成的A-Pt溶液的紫外可见光谱。
图2.(a)电化学循环过程中A-Pt的原位结晶和活化示意图。(b)原始A-Pt、后-HER-Pt样品(c)20和(d)50个周期的TEM图像，插图中为SAED图。(e)、(f)和(g)为相应的HRTEM图像。(h)制备的A-Pt和后-HER-Pt样品在不同电化学循环下的XRD谱图和(i)傅里叶变换红外光谱。
图3：在20、50、80和100个循环后，A-Pt和样品的(a)C 1s、(b)O 1s、(C)Pt 4f和(d)Cl 1s的高分辨率XPS光谱。(e) H2SO4电解液中Cl-溶出量的直方图。(f)循环20和50次后的A-Pt和后-HER-Pt拉曼光谱。(g)电化学循环中A-Pt自活化过程示意图。
图4.(a)在0.5M硫酸中A-Pt和HER后A-Pt样品的HER极化曲线。催化剂的Tafel斜率(b)和Cdl(c)。(d)不同催化剂在0.01V下的质量活性。(e) HER电解所制备电极的ECSA值。(f)不同周期的A-Pt和HER后A-Pt样品的CV曲线。（g）EIS光谱。(h) A-Pt的长期运行稳定性图，记录时间分别为500s和(插图)20 000 s。(i)A-Pt在50和20 000 个循环后的HER极化曲线与商业的20%Pt/C比较。黑色、蓝色、红色、绿色和橙色的线条表示分别在20、50、80和100个循环后呈现原始的A-Pt样品。
图5.(a)在H2饱和的0.1M高氯酸溶液中，A-Pt和HER后A-Pt样品对HOR的极化详细曲线。HER后50个周期的(b)HOR极化曲线。A-Pt电催化剂在H2饱和0.1M高氯酸电解质中的(c)CV曲线。A-Pt和后HER 后A-Pt样品的(d)Tafel斜率(e)Koutecky−Levich图在0.2V（vs RHE）的5 样品。
参考文献：
Ma Z, Chen C, Cui X, et al. Hydrogen Evolution/Oxidation Electrocatalysts by the Self-Activation of Amorphous Platinum [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13 (37):44224.
