制备与表征在NH3气氛中、薄SiO2壳的保护下，通过在高温下对ZnCr-层状双氢氧化物（ZnCr-LDH）纳米片进行氮化处理得到小尺寸的CrN纳米颗粒，接着选择性地去除SiO2壳。最后，作者利用原子层沉积（ALD）方法在CrN载体上沉积Pt单原子得到Pt SACs/CrN。图1. Pt SACs/CrN的制备示意图图2. Pt SACs/CrN的形貌表征图3. Pt SACs/CrN的结构表征催化性能测试发现，在H2饱和的0.1 M HClO4溶液中，Pt含量较低的Pt SACs/CrN具有与高Pt含量的Pt NPs/CrN、PtRu/C和Pt/C催化剂相当的HOR活性。此外，H2饱和溶液中的CrN和N2饱和溶液的Pt SACs/CrN的电流响应可忽略不计，表明HOR活性源于Pt SACs/CrN中的Pt单原子。在过电位为20 mV下，Pt SACs/CrN的质量活性（MA）为2194 mA mgPt-1，远高于Pt NPs/CrN（347 mA mgPt-1）、Pt/C（344 mA mgPt-1）和PtRu/C（388 mA mgPt-1），突出了Pt单原子对HOR的优势。Pt SACs/CrN的交换电流密度为4.99 mA cm-2，高于Pt NPs/CrN（3.74 mA cm-2）和Pt/C（3.78 mA cm-2）的交换电流密度，证实了Pt SACs/CrN对HOR的优异活性。此外，Pt SACs/CrN的电流在25000 s（约7 h）内仅下降8.8%，远小于Pt/C的21.7%。图4. Pt SACs/CrN的HOR活性CO耐受性通过H2饱和与1000 ppm CO/H2饱和0.1 M HClO4溶液中的HOR极化曲线，评估了Pt SACs/CrN的CO耐受性。Pt SACs/CrN在1000 ppm CO/H2中极限电流密度仅降低了3.5%，而Pt NPs/CrN（79.8%）和Pt/C（83.5%）显著降低，表明其CO耐受性非常高。对于市售PtRu/C催化剂，极限电流密度降低了35.7%，但电流密度在较高电位下略有增加。在计时安培试验4000 s后，Pt SACs/CrN的电流仍保持了91.6%，高于商用PtRu/C催化剂的21.4%，而Pt NPs/CrN几乎完全失活，Pt/C在1600 s后就完全失活。同时，Pt SACs/CrN的CO耐受性优于大多数已报道的CO耐受HOR电催化剂。结果表明，在不牺牲HOR活性下，CrN上负载的Pt单原子提供了优异的CO耐受性。图5. Pt SACs/CrN的CO耐受性抗CO中毒性能差异研究由于吸附CO的氧化，在Pt NPs/CrN和Pt/C的CO剥脱曲线中观察到高于0.8V的强氧化峰。对于PtRu/C，CO氧化峰负移到0.57V，由于Ru的加入削弱了Pt和CO之间的结合强度，并加速了氧化物种对CO的氧化。在CO剥脱曲线中，Pt SACs/CrN未显示任何明显的CO氧化峰，表明CO在Pt单原子上的吸附较弱。结果表明，Pt SACs/CrN的优异CO耐受性与CO的较弱吸附密切相关，为H2吸附和氧化留下了更多的Pt位点。Pt SACs/CrN更强的白线峰表明，对比Pt NPs和CrN之间的电子转移，更多的电子从Pt转移到CrN，导致Pt单原子的空Pt 5d轨道更多。含有更多空Pt 5d轨道的Pt SACs/CrN不利于主导的反向转移电子，从而削弱了Pt-CO的键强度，导致Pt和CO之间的相互作用相对于Pt NPs/CrN较弱。Pt单原子对CO的较弱吸附有助于减轻Pt SACs/CrN的CO中毒效应，从而使Pt SACs/CrN在1000 ppm CO/H2的气氛中具有优异的CO耐受性。图6. 机理研究
文献信息
Pt single Atoms on CrN Nanoparticles Deliver Outstanding Activity and CO Tolerance in the Hydrogen Oxidation Reaction. Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202208799.https://doi.org/10.1002/adma.202208799.
