我院李陽光、譚華橋教授課題組在多酸電催化領(lǐng)域取得系列研究進展
基于金屬鉑（Pt）的催化劑被認為是最先進的析氫反應(yīng)（HER）電催化劑。近幾十年來，科研人員廣泛研究了基于Pt的催化劑，通過組成、形態(tài)和晶相工程策略來提高Pt的利用率和催化效率。大多數(shù)研究都顯示了零價Pt金屬是固有的催化活性。然而，與氧化鉑有關(guān)的一些現(xiàn)象仍未被研究。例如，當金屬Pt被氧化時，其HER活性明顯好于金屬元素Pt，但其原因仍不清楚。最近，在制備Pt氧化物催化劑（如PtOx/TiO2和MoSx-O-PtOx）方面進行了大量的研究，并證實了Pt催化劑中存在氧具有與商用Pt/C相當?shù)膬?yōu)異HER催化性能。因此，有必要對Pt氧化物催化劑的具體活性位點進行研究。
最近我院李陽光教授、譚華橋教授以及蘇州大學(xué)的康振輝教授（共同通訊作者）在Nature Communications (Nat. Commun., 2020, 11, 490) 上報道他們通過選擇兩個結(jié)構(gòu)明確的含Pt的POMs：Na5[H3Pt (IV)W6O24] (PtW6O24)和Na3K5[Pt (II)2(W5O18)2] (Pt2(W5O18)2) 作為模型催化劑，揭示了氧化態(tài)鉑的電催化析氫工作機理。通過電化學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，Pt含量為1wt％的 PtW6O24/C和Pt2(W5O18)2 /C電催化劑具有優(yōu)異的催化活性，它們在電流密度為10 mA cm-2 下的過電勢分別僅為22和26 mV。在77 mV的過電勢下，其質(zhì)量活性分別為20.175和10.976 A mg -1，比市售20％Pt/C（0.398 A mg -1）高近兩個數(shù)量級。同時，通過一系列控制實驗、原位同步輻射實驗和DFT理論計算證實多酸中的Pt-O鍵是HER的活性位點，其具體HER過程為：Pt作為主要電子獲取中心，而其配位的O原子作為質(zhì)子捕獲中心。在HER過程中，當注入更多的電子和質(zhì)子時，會拉長Pt-O鍵加速質(zhì)子和電子的耦合，從而有利于H2從Pt-O鍵中快速釋放。該工作一經(jīng)發(fā)表即被Nature Communications 選為Energy Materials 領(lǐng)域的Editors' Highlights paper。
此外，利用多酸可逆的氧化還原性，選擇經(jīng)典Keggin 型多酸作為電子調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)了對電催化劑CO2還原過程中多電子轉(zhuǎn)移的可控調(diào)節(jié)，抑制了析氫副反應(yīng)的發(fā)生，顯著提高了聯(lián)吡啶羰基錳催化劑在水性電解質(zhì)溶液中的CO2還原選擇性和法拉第效率。該工作首次證實了電催化過程中電子轉(zhuǎn)移調(diào)控的可行性以及其在電催化CO2還原中的重要作用，為高選擇性、高法拉第效率電催化劑的設(shè)計提供了新的研究思路。相關(guān)工作發(fā)表在Chem. Sci., 2020, 11, 3007；Chem. Eng. J., 2020, 398,125518上。
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