第一作者：Runguo Wang, Dong Chen

通訊作者：伍志鲲，廖玲文，楊軍,

通訊單位：中科院固體物理所，中科院過程所

論文速覽：

本研究成功合成了具有環境穩定性的原子級精確的~1 nm Pt₂₃ 納米催化劑，並通過質譜和單晶X射線衍射分析對其進行了精確表征。

這些納米催化劑在無需煅燒等預處理的情況下，展現出比商用Pt/C催化劑更高的催化活性，特別是在酸性條件下催化氧還原反應（ORR）。

此外，Pt₂₃ 納米催化劑還表現出68.4%的光熱轉換效率，具有至少六次循環使用的潛力，爲實際應用展示了巨大的潛力。

圖文導讀：

圖1：通過混合配體保護策略平衡穩定性和催化活性的示意圖。

圖2：(a) Pt₂₃ 納米團簇核心結構的頂視圖和側視圖；(b) Pt₂₃ 核心中的黃金分割五邊形環；(c) Pt₂₃ 核心外圍的CO和Cl配位模式；(d) Pt₂₃ 納米團簇中的保護配體的配位模式；(e) Pt₂₃ 納米團簇的完整結構。

圖3：(a) Pt₂₃ 納米團簇沿x軸通過分子間H∙∙∙Cl鍵連接成鏈狀結構；(b) 通過分子間H∙∙∙O鍵、π-π堆積和C-H∙∙∙π相互作用組裝成的三維結構；(c) 三維結構中的分子間相互作用。

圖4：(a) 在N₂飽和的0.1 M HClO₄溶液中，掃描速率爲50 mV s⁻¹時的循環伏安圖；(b) 在O₂飽和的0.1 M HClO₄溶液中，掃描速率爲10 mV s⁻¹，轉速爲1,600 rpm時的ORR極化曲線；(c) 在0.9 V下Pt₂₃納米團簇和商用Pt/C催化劑的活性比較；(d) 兩個納米催化劑的Tafel圖；(e) 在不同轉速下Pt₂₃納米團簇的ORR極化曲線；(f) 經過10,000個電位循環前後Pt₂₃納米團簇的ORR極化曲線。

圖5：(a) Pt₂₃ 納米團簇的D位點和Pt納米顆粒的(111)面上ORR途徑的自由能圖；(b) 去除連接2層和3層的CO後，D位點的示意圖；(c)-(e) D位點上ORR中間體OOH∗、O∗和OH∗的吸附模型。

圖6：(a) 在532 nm激光照射下，不同濃度的Pt₂₃溶解于乙二醇中的紅外熱像圖隨時間變化；(b) Pt₂₃溶液的溫度變化與不同濃度的關系；(c) 1 mg/mL Pt₂₃溶液在532 nm激光(1 W cm⁻²)照射下的光熱穩定性測試。

亮點介紹：

1. 利用混合配體保護策略成功合成了最大的有機配體保護的~1 nm Pt₂₃ 納米催化劑，具有環境穩定性。

2. Pt₂₃ 納米催化劑在無需煅燒等預處理的情況下，展現出比商用Pt/C催化劑更高的催化活性，特別是在酸性條件下催化氧還原反應（ORR）。

3. 通過質譜和單晶X射線衍射分析精確表征了Pt₂₃ 納米催化劑的結構，揭示了其獨特的核結構和配位模式。

4. Pt₂₃ 納米催化劑展現出68.4%的光熱轉換效率，具有至少六次循環使用的潛力，爲實際應用展示了巨大的潛力。

5. 密度泛函理論(DFT)和d帶中心計算解釋了Pt₂₃ 納米催化劑的高催化活性和光熱性能，爲未來超小型納米電容器的應用提供了新思路。

密度泛函理論DFT計算：

研究者進行了DFT計算以探究Pt₂₃納米催化劑的催化活性。計算結果顯示，去除CO配體後形成的活性位點對于氧還原反應（ORR）具有更高的催化活性。

DFT計算還揭示了Pt₂₃納米催化劑的d帶中心相對于塊材Pt的降低，這有助于減弱氧還原中間體在催化劑表面的吸附，從而提高催化活性。

通過DFT計算得到的自由能圖表明，Pt₂₃納米催化劑上的ORR過程的速率決定步驟（RDS）所需自由能較低，這解釋了其比商用Pt/C催化劑更高的ORR活性。

DFT計算爲理解Pt₂₃納米催化劑的催化機制提供了重要的理論依據，並爲實驗結果提供了深入的解釋。

文獻信息：

標題：Atomically Precise Nanometer-Sized Pt Catalysts with an Additional Photothermy Functionality

期刊：Angew. Chem. Int. Ed.