西安交大AM：制备表面单原子合金，促进碱性HER

单原子合金(SAA)是一类独特的单位点催化剂，其中分离的活性金属原子分散在惰性宿主金属基体中。与传统SAC不同，SAA形成金属键导致活性原子的电子带变窄和价态降低，从而形成自由原子样的d态。这些独特的电子构型受缩放关系的约束较小，从而使高活性催化位点的形成成为可能。

然而，单原子和基体之间相对微弱的相互作用给SAA的合成带来了挑战，通常需要极低浓度的活性金属或涉及先进仪器的复杂合成策略。通过添加金属层来修改SAC的载体表面可以创造出新型的表面单原子合金(SSAAs)。这些SSAAs保留了SAA的电子结构，同时利用了SAC的多功能载体效应特性。此外，单原子、金属层和支撑物之间的相互作用可能会赋予与传统SAA和SAC不同的独特性质。但是，这样的催化系统以前从未被报道过。

近日，西安交通大学马玉菲、李思伟、汕尾职业技术学院Dong Feifei和郑州大学李修敏等开发了一种新型的Pt₁-Mo_L-Mo₂C表面单原子合金(SSAAs)，用于高效稳定的碱性HER反应。

一系列光谱研究表明，在还原气氛下，SSAAs中的Pt₁优先与原位生长在Mo₂C上的超薄Mo层配位。这层Mo起到电子缓冲器的作用，有效地减少了Pt₁和Mo₂C之间的强相互作用。Mo_L和Mo₂C的协同作用使SSAAs中的Pt₁具有近乎零的价态和自由原子样的d态。

因此，这平衡了HER过程中H的吸附和解吸，ΔG_H*值为-0.04 eV。多项计算和模拟研究进一步揭示，金属Mo层促进了H₂O的聚集、吸附和活化，这使得Pt₁-Mo_L-Mo₂C SSAAs与传统Pt₁/Mo₂C SACs相比具有显著的碱性HER活性。

性能测试结果显示，Pt₁-Mo_L-Mo₂C SSAAs催化剂在10 mA cm^-2电流密度处的过电位仅为12 mV，Tafel斜率为17 mV dec^-1，优于Pt₁-Mo₂C SACs、Mo_L-Mo₂C和Mo₂C。

同时，Pt₁-Mo_L-Mo₂C SSAAs (2.42 mA cm^-2)的交换电流密度远高于Pt₁-Mo₂C SACs (1.01 mA cm^-2)、Mo_L-Mo₂C (0.02 mA cm^-2)和Mo₂C (0.01 mA cm^-2)，表明其具有优异的内在电子转移速率。此外，在100 mV的过电位下测试了8天后长期稳定性，Pt₁-Mo_L-Mo₂C SSAAs电极仍保持优异的活性，没有明显的性能退化。

综上，该项工作不仅发现了一种新型的SSAAs，它对碱性介质中的HER具有高活性和稳定性，而且为结合传统SACs和SAAs优点的新型单位催化剂的设计提供了宝贵的见解。

Surface single atom alloys for alkaline hydrogen evolution reaction. Advanced Materials, 2025.DOI: 10.1002/adma.202502989