Platinum single-atom and cluster catalysis of the hydrogen evolution reaction

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作者
Niancai Cheng,Samantha Stambula,Da Wang,Mohammad Norouzi Banis,Jian Liu,Adam Riese,Biwei Xiao,Ruying Li,Tsun-Kong Sham,Limin Liu,Gianluigi A. Botton,Xueliang Sun
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:7 (1) 被引量:1733
标识
DOI:10.1038/ncomms13638
摘要

Platinum-based catalysts have been considered the most effective electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction in water splitting. However, platinum utilization in these electrocatalysts is extremely low, as the active sites are only located on the surface of the catalyst particles. Downsizing catalyst nanoparticles to single atoms is highly desirable to maximize their efficiency by utilizing nearly all platinum atoms. Here we report on a practical synthesis method to produce isolated single platinum atoms and clusters using the atomic layer deposition technique. The single platinum atom catalysts are investigated for the hydrogen evolution reaction, where they exhibit significantly enhanced catalytic activity (up to 37 times) and high stability in comparison with the state-of-the-art commercial platinum/carbon catalysts. The X-ray absorption fine structure and density functional theory analyses indicate that the partially unoccupied density of states of the platinum atoms' 5d orbitals on the nitrogen-doped graphene are responsible for the excellent performance.
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