Soft nanoforest of metal single atoms for free diffusion catalysis

扩散 催化作用 纳米技术 化学物理 材料科学 化学 物理 热力学 生物化学
作者
Yan Sun,Yipeng Zang,Bowen He,Geyu Lin,Zhengwu Liu,Lei Yang,Liwei Chen,Lina Li,Xi Liu,Chengshuo Shen,Huibin Qiu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:11 (3)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adq2948
摘要

Metal single atoms are of increasing importance in catalytic reactions. However, the mass diffusion is yet substantially limited by the confined surface of the support in comparison to homogeneous catalysis. Here, we demonstrate that cylindrical micellar brushes with highly solvated poly(2-vinylpyridine) coronas can immobilize 33 types of metal single atoms with 8.3 to 40.9 weight % contents on conventional electrodes under ambient conditions. This is favored by the forest-like hierarchically open soft structure of the micellar brushes and the dynamic coordination between the metals and the pyridine groups. It was found that the nanoforests of individual noble metal single atoms can be well solvated in an aqueous electrolyte to comprehensively expose the atomic active sites and the nanoforest of Pt single atoms on nickel foam reveals high electrochemical performance for hydrogen evolution. The micellar brush support also enables the simultaneous anchoring of multiple single atoms on the cathode of an anion-exchange membrane electrolyzer for long-term stable water electrolysis.

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