單原子催化劑（SACs）因其極高的原子利用效率和卓越的催化性能，近年來(lái)在多相催化領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，尤其在貴金屬單原子催化劑領(lǐng)域，其突出的催化活性可以彌補它們在稀有量和高成本方面的短板，從而有利于使用貴金屬催化劑的相關(guān)器件實(shí)現大規模商業(yè)應用。對SACs中金屬原子與周?chē)湮画h(huán)境相互作用的可控調諧被認為是進(jìn)一步提升單原子催化劑活性的一個(gè)重要研究方向，但是目前通過(guò)高溫熱解法制備的絕大多數SACs的配位環(huán)境是不可控且隨機的。

  特種化學(xué)電源研究所團隊在單原子Pt電解水制氫領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，實(shí)現了利用酰胺基團(N-C=O)的供電子效應來(lái)調諧單個(gè)原子Pt的電子結構的策略，并表現出優(yōu)越的電解水制氫性能。研究成果以“Polyvinylpyrrolidone-Coordinated Single-site PlatinumCatalyst Exhibits High Activity for Hydrogen Evolution Reaction.（聚乙烯吡咯烷酮協(xié)同單原子位點(diǎn)Pt催化劑具有高析氫活性）”為題發(fā)表在國際化學(xué)頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影響因子12.959），并被選為“Hot Paper”。該工作由高云智教授和尹鴿平教授共同指導并作為通訊作者，復旦大學(xué)張穎研究員與德國馬普學(xué)會(huì )Fritz-Haber-Institute仝鈺進(jìn)博士提供了理論指導，博士生李燦為第一作者，本工作由國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(No. 21433003)支持。

  在本工作中，該團隊將單原子催化劑與有機配體對金屬表面的供電子效應相結合，實(shí)現了利用有機穩定劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）調控Pt的界面電子效應及優(yōu)化Pt催化性能。研究發(fā)現，酰胺基團（N-C=O）不僅是維持Pt原子分布的配位結構，更會(huì )對Pt SACs產(chǎn)生供電子效應調諧其電子結構。理論計算（DFT）和同步輻射光譜數據（N K-edge XANES spectra）均表明：帶部分正電荷的Pt原子與PVP分子的酰胺基團（N-C=O）形成的配位結構是電解水制氫反應（HER）的活性中心。在電化學(xué)性能測試中，制備的Pt SACs催化劑呈現出優(yōu)秀的HER活性和穩定性。該方法提供了一個(gè)普適性兼高價(jià)值的研究視角：通過(guò)精心選擇配位基團調諧貴金屬電子結構的思路來(lái)設計貴金屬(如Au, Pd, Ru, Ag等) 單原子催化劑，以此來(lái)提升各種化學(xué)反應的催化性能。