近日，化学与材料工程学院刘天西教授/张龙生副教授在开发高性能电解水制氢催化剂的研究中取得重要进展，研究成果以“Single-atom Platinum Immobilized on Polyimide for Highly Efficient and Durable Hydrogen Evolution Electrocatalysis”为题在线发表在材料领域学术期刊《Advanced Energy Materials》上（DOI: 10.1002/aenm.202403945）。该论文的第一作者为学院硕士研究生张守罕和吴振中、西北工业大学博士后刘云霞，通讯作者为刘天西教授和张龙生副教授。
电解水制氢是实现可持续氢能经济最有前景的途径之一。在目前发展的众多析氢催化剂中，铂基催化剂在酸性析氢反应中展现出优异的性能，但铂金属的稀缺性阻碍了其大规模应用。铂单原子催化剂具有金属原子利用率高、金属原子配位数低等优势，有望成为低成本、高性能的酸性析氢催化剂。然而，目前发展的铂单原子催化剂仍面临着电催化析氢反应动力学缓慢、稳定性差等，尤其在大电流密度的条件下。设计开发兼具高活性和高稳定性的铂单原子催化剂具有重要意义。
针对上述问题，刘天西教授/张龙生副教授报道了一种新型高性能的铂单原子催化剂，将铂单原子锚定在聚酰亚胺载体材料上（图1），实现了电催化析氢反应活性和稳定性的显著提升。得益于聚酰亚胺与铂单原子之间所形成的强相互作用，铂单原子/聚酰亚胺复合催化剂在1000 mA/cm2的电流密度下能连续稳定运行600小时。理论和实验结果表明：聚酰亚胺载体可降低铂单原子的d带中心，进而降低其在析氧反应中的能量势垒；聚酰亚胺载体还可提高铂单原子附近的反应物浓度，从而提升析氧反应动力学。该策略具有良好的普适性，聚酰亚胺载体可用于锚定钌和钯等其他金属单原子，有望为开发兼具高活性和高稳定性的金属单原子催化剂提供有益借鉴。
铂单原子/聚酰亚胺复合催化剂的制备流程和结构表征结果
