Single Platinum Atoms Immobilized on Monolayer Tungsten Trioxide Nanosheets as an Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction

三氧化钨 电催化剂 材料科学 单层 催化作用 化学工程 过电位 纳米技术 塔菲尔方程 电化学 贵金属 金属 电极 冶金 物理化学 有机化学 化学 工程类
作者
Deliang Wang,Haiping Li,Na Du,Wanguo Hou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (23) 被引量:75
标识
DOI:10.1002/adfm.202009770
摘要

Abstract Monolayer WO 3 ·H 2 O (ML‐WO 3 ·H 2 O) nanosheets are synthesized via a space‐confined strategy, and then a single‐atom catalyst (SAC) is constructed by individually immobilizing Pt single atoms (Pt‐SA) on monolayer WO 3 (ML‐WO 3 ). The Pt‐SA/ML‐WO 3 retains the monolayer structure of ML‐WO 3 ·H 2 O, with a quite high monolayer ratio up to ≈ 93%, and possesses rich defects (O and W vacancies). It exhibits excellent electrocatalytic performance, with a small overpotential (η) of − 22 mV to drive − 10 mA cm −2 current, a low Tafel slope of ≈ 27 mV dec −1 , an ultrahigh turnover frequency of ≈ 87 H 2 s −1 site −1 at η = − 50 mV, and long‐term stability. Of particular note, it exhibits an ultrahigh mass activity of ≈ 87 A mg Pt −1 at η = − 50 mV, which is ≈ 160 times greater than that of the state‐of‐the‐art commercial catalyst, 20 wt% Pt/C ( ≈ 0.54 A mg Pt −1 ). Experimental and DFT analyses reveal that its excellent performance arises from the strong synergetic effect between the single Pt atoms and the support. This work provides an effective route for large‐scale fabrication of ML‐WO 3 nanosheets, demonstrates ML‐WO 3 is an excellent support for SACs, and also reveals the great potential of SACs in reducing the amount of noble metals used in catalysts.
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