众所周知，Pd对H2具有高亲和力，且与Pt催化剂相比成本较低，这促进了Pd基纳米材料在H2储存、燃料电池、气体传感器和有机偶联合成中的应用。通过将金属纳米颗粒尺寸缩小到纳米团簇甚至单原子级来实现原子级催化剂，这有利于提高贵金属催化剂的原子利用率，降低大规模应用中的生产成本。然而，原子级催化剂所具有的高表面自由能使它们在材料合成和催化反应过程中容易聚集。
此外，原子级催化剂中的金属原子/团簇也可以通过与载体产生强相互作用，降低催化反应过程中的反应能垒，并大大提高催化剂的HER活性。同时，原子级催化剂中金属原子/团簇与载体之间的强相互作用导致可调节的原子和电子结构，这进一步提高了原子级催化剂的催化性能。因此，了解金属原子/团簇与载体上局部环境的相互作用对于设计高性能的原子级催化剂非常重要。
近日，兰州大学彭尚龙、马飞和云南大学张宏等设计了一种基于富氧缺陷WOx_C纳米线网格结构的Pd单原子/团簇催化剂。结果表明，所制备的Pd/WOx_C催化剂在酸性介质中表现出优异的催化活性，同时在高电流密度下具有优异的稳定性。
其中，优化后的Pd1.54/WOx_C 1:1催化剂在10 mA cm-2电流密度处的HER过电位为19 mV，与商业Pt基催化剂相当；同时，Pd1.54/WOx_C 1:1在200 mA cm-2下连续运行24小时内后，电流密度损失可以忽略不计。
所制备的Pd/WOx_C催化剂的优异HER活性和稳定性主要归因于氧化钨纳米线中碳修饰导致的氧缺陷含量增加，以及基于氧缺陷获得的高度稳定的Pd单原子/团簇。其中，氧缺陷的增加以及由此产生的金属Pd与载体之间相互作用的增强有利于活性和稳定性。原位拉曼光谱和理论计算表明，富氧缺陷和Pd位点的引入有助于产生更有利的ΔGH*，同时降低整个HER过程的能垒。综上，缺陷工程与原子尺度金属分散相结合的综合策略为开发先进的工业氢生产应用电催化剂提供了可扩展的框架。
Pd single atoms/clusters at the oxygen defect-rich WOx_C nanowire structure facilitate H* adsorption and desorption for efficient and stable hydrogen evolution reaction. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c01725