一招搞定多种单原子的制备，特异性位点欠电位沉积金属单原子催化剂

单原子金属催化剂具有独特的配位环境和100%的原子利用率，已经成为催化研究的前沿领域。热力学上，单原子具有高表面能，容易导致原子团聚和催化剂不稳定。常规的单原子合成方法具有能量消耗高、条件苛刻、程序繁琐、不可控和负载量低等问题，严重阻碍了单原子催化剂的发展。因此，在常温常压下，如何简单高效地制备高负载量单原子金属催化剂是当前的一个重要挑战。

南京大学化学化工学院夏兴华（点击查看介绍）团队提出在二维材料过渡金属硫化物的特异性位点上欠电位沉积金属单原子的新方法。不同于常规电化学沉积单原子法，特异性位点欠电位沉积法具有“自限制生长”效应，不受长时间沉积和高浓度金属前驱体的局限。该方法简单易行，可快速实现常温常压下可控地制备高负载量金属单原子，为单原子催化剂的大规模开发利用提供了有效合成路径（图1）。

图1. 特异性位点欠电位沉积金属单原子催化剂原理示意图

利用二维硫化物材料上分散的硫族原子作为电沉积位点，通过铜原子的欠电位沉积和随后铂原子化学置换，在二硫化物载体上成功制备出单原子Pt。以Pt-MoS₂为例，该工作强调特异性位点的单原子欠电位沉积法需要同时兼顾以下考虑：1）载体的合理选择，载体上需要具备高度分散的沉积位点，这些位点原子通常为具有孤对电子和合适电负性的元素，使得形成热力学稳定的金属-载体键；2）沉积电位的合理设置，金属-基底相互作用大于金属-金属相互作用，使得在该电位下，只能生成金属-载体键，随后的金属-金属键自动被热力学禁止。该方法还可以延伸制备不同金属单原子，如Pd、Rh、Sn、Pb、Bi单原子催化剂（图2）。电催化性能研究表明，Pt-MoS₂材料对HER电催化活性大幅度提高，单位质量比活性是商业化Pt催化剂的114倍，超过目前报道的Pt单原子材料。

图2. 电化学可控合成的普适性研究及机理探索

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是南京大学化学化工学院2018级博士毕业生施毅，通讯作者是夏兴华教授。该课题组长期招聘材料化学、光电催化、光学与分子生物学等研究方向的博士后。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Site-specific electrodeposition enables self-terminating growth of atomically dispersed metal catalysts

Yi Shi, Wen-Mao Huang, Jian Li, Yue Zhou, Zhong-Qiu Li, Yun-Chao Yin, Xing-Hua Xia*

Nat. Commun., 2020, 11, 4558, DOI: 10.1038/s41467-020-18430-8

导师介绍

夏兴华，教授。1982年至1989年，在厦门大学化学系获得学士和硕士学位；1991-1993年波恩大学访问学生；1993-1996年波恩大学化学系获得博士学位。他的研究重点是利用等离激元增强光谱电化学技术阐述材料表界面生化反应动力学机制，阐述构效关系及外场调控界面反应机制，构筑高效生化光电传感界面，发展相应的光电传感分析新方法；探究微/纳尺度限域通道中物质输运特性，建立高性能生化传感方法及发展能源转换器件。

夏兴华

https://www.x-mol.com/university/faculty/11579

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