这篇文献的标题为《Single Atoms (Pt, Ir, and Rh) Anchored on Activated NiCo LDH for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction》，由Binbin Fan、Haozhi Wang、Xiaopeng Han、Yida Deng 和 Wenbin Hua 等研究人员完成，发表于《Chemical Communications》期刊，时间为2022年6月。文章探讨了在碱性氢气演化反应（HER）中，利用激活的NiCo LDH（镍钴层状双氢氧化物）支撑物固定单原子贵金属催化剂（Pt、Ir 和 Rh）的研究，旨在提升氢气演化反应的效率和催化性能。
氢气演化反应（HER）是电化学水分解过程中产生氢气的关键反应，对于清洁能源的生产具有重要意义。当前，贵金属催化剂（如Pt、Ir、Rh等）在酸性和碱性条件下被广泛认为是电催化HER的标杆催化剂。然而，这些贵金属的高成本、有限的资源以及较差的稳定性，极大地限制了它们在大规模应用中的推广。因此，如何提高贵金属的利用效率，设计和制造结构优化、性能卓越的催化剂成为当下催化领域的重要课题。
层状双氢氧化物（LDHs）作为一种具有良好比表面积和丰富活性位点的材料，被认为是固定单金属原子的理想平台。LDHs具有二维纳米片结构，可以提供较大的表面积，有助于提高催化反应的活性。单原子催化剂（SACs）以其均匀分布的金属原子和高效的原子利用率吸引了广泛关注，是研究催化机制、提升催化性能的理想模型。
该研究的核心是利用一种新颖的两步电化学沉积技术，将Pt、Ir和Rh单原子均匀固定在激活的NiCo LDH纳米片上，并研究这些单原子催化剂在碱性环境下的氢气演化反应性能。具体的实验流程包括以下几个步骤：
NiCo LDH的合成： 采用电沉积法在三维镍泡沫上沉积NiCo LDH纳米片。这一过程利用了电极position技术，在1.0 M KOH溶液中实现了NiCo LDH的沉积。
激活处理： 接着，采用连续的循环伏安（CV）扫描法在1.0 M KOH溶液中激活NiCo LDH。此步骤的目的是通过电化学反应改善NiCo LDH的电子结构，使其更容易与贵金属原子结合。
贵金属单原子的沉积： 使用PtCl6、IrCl3和Na2RhCl6等金属盐作为前体，在电解液中沉积贵金属单原子。通过电沉积过程，将Pt、Ir和Rh单原子固定到激活的NiCo LDH纳米片上，得到Pt/a-NiCo LDH、Ir/a-NiCo LDH和Rh/a-NiCo LDH催化剂。
表征与分析： 通过多种表征手段，如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、元素分布映射等，分析了催化剂的结构、形貌及金属分布情况。
电化学测试： 在1.0 M KOH溶液中，采用标准三电极体系对催化剂的HER性能进行了测量，测试了其线性扫描伏安法（LSV）曲线、电荷层电容（CDL）、Tafel斜率等参数。
研究表明，Pt/a-NiCo LDH催化剂在碱性氢气演化反应中展现了最优的催化性能。具体的实验数据如下：
催化性能：
催化剂的稳定性：
电化学表征：
DFT计算：
该研究通过将Pt、Ir和Rh等单原子贵金属均匀固定在激活的NiCo LDH纳米片上，成功地设计并制备了高效的碱性氢气演化反应催化剂。研究表明，通过单原子催化剂设计，不仅能够加速Volmer步骤，还能够优化氢中间体的吸附/解吸过程，从而显著提高催化性能。这一发现为优化HER催化反应提供了新的思路，并为进一步提高催化剂性能提供了理论依据。
单原子催化剂的设计与制备： 本研究采用的单原子催化剂具有均匀的金属原子分布和极高的原子利用率，这一特点使得催化反应的效率显著提高。
创新的激活过程： 通过对NiCo LDH进行激活处理，提高了金属原子与载体的相互作用，从而优化了催化性能。
优越的催化性能： Pt/a-NiCo LDH催化剂在HER反应中表现出比传统Pt/C催化剂更低的过电位和更高的质量活性，这表明其在大规模应用中的潜力。
DFT计算支持理论分析： 通过DFT计算，揭示了Pt/a-NiCo LDH催化剂优异性能的根本原因，为催化剂设计提供了理论指导。
该研究不仅提升了对单原子催化剂的理解，还为氢气演化反应的催化剂设计提供了新的方向。通过调控金属原子与载体之间的相互作用，可以进一步提高催化效率和稳定性。研究结果对未来开发低成本、高效、稳定的催化剂具有重要意义，尤其是在清洁能源领域的应用，如水分解制氢和燃料电池等。