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富勒烯C60表面负载单原子铂在碱性析氢应用
近日，华中科技大学材料学院、材料成形与模具技术国家重点实验室李芳芳教授团队在《NatureCommunications》（《自然·通讯》）刊发了富勒烯C60表面单原子铂在电催化析氢领域的最新研究成果“Single-atomicplatinum on fullerene C60 surfaces for accelerated alkaline hydrogen evolution”。
单原子铂催化剂在催化反应中可实现高Pt利用率，表现出优异的电化学析氢反应（HER）活性。目前单原子铂催化剂通常在复杂和高温的条件下制备，且单原子负载量较低，催化活性受限。当Pt纳米颗粒的尺寸减小到单个原子时，比表面积的增大导致金属表面自由能的增加，使Pt在制备过程中发生团聚，从而导致催化剂活性降低。因此，开发高负载高分散Pt单原子催化剂的低温合成方法是关键也是挑战。
富勒烯是具有明确分子结构的零维纳米碳，可在室温下通过化学反应对其表面进行功能化。具有二十面体（Ih）对称性的富勒烯C60不仅具有曲面结构，而且具有独特的吸电子特性，可接受1-6个电子。此外，C60的近sp2杂化碳表面存在缺电子烯族的C=C键，可以以η2-C60 π型键合模式锚定金属原子。基于此，作者使用C60作为载体锚定Pt单原子，通过湿化学法在室温下合成了系列Pt/C60催化剂，负载量高达ca.21 wt%，其内部结构为Pt-C60聚合结构，其中主要的Pt单原子连接两个相邻的C60分子。合成的Pt/C60催化剂在碱性环境中表现出优异的HER活性和稳定性。
这项研究不仅填补了金属富勒烯聚合物在电催化领域应用的空白，而且为设计合成高效的单原子催化剂提供了新的策略，富勒烯分子和金属的组合有望提供新一代单原子/簇催化剂。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38126-z
