汪思聪, 庞贝贝, 刘潇康, 丁韬, 姚涛

高等学校化学学报 2022, 43 (9): 20220487-. DOI:10.7503/cjcu20220487

摘要（1986）

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X射线吸收精细谱学(XAFS)技术是从20世纪80年代开始逐渐发展起来的一种材料表征技术, 具有对中心吸收原子的局域结构和化学环境敏感的特征, 非常适合表征单原子催化剂. 本文从XAFS技术的原理和特点出发, 深入探讨了该技术在电催化水分解、燃料电池阴极反应和二氧化碳电化学还原等多个单原子催化应用场景下的独特作用, 并展望了XAFS技术在单原子电催化领域的未来发展与应用前景, 以期为更深入明确的单原子催化剂结构表征和电催化机理描述提供指导.

Fig.6 Illustration of the near?free Pt electrocatalyst for HER^[22]
（A） HAADF-STEM image of single-atom Pt；（B） in situ XANES spectra of Pt L₃-edge during HER process；（C） detailed analysis of XANES spectra；（D） EXAFS fitting spectra obtained at different cathodic voltage.
Copyright 2020， Springer-Nature.

Fang等［22］采用原子层沉积法（Atomic layer deposition， ALD）在以Uio-66-NH₂MOF材料为模板构建的氮掺杂多孔碳材料衬底上成功负载了均匀分布的Pt单原子位点，构筑了一种新型HER电催化剂（图6），在大幅降低Pt载量（Pt载量仅2.5%）的同时获得了超越商业Pt/C催化剂的HER活性（酸性反应条件下电流密度10 mA/cm2时过电位仅19 mV，相同条件下商用Pt/C催化剂过电位为25 mV）. 借助 EXAFS拟合技术，他们判明该催化剂中的Pt原子的近邻配位原子主要为C原子或N原子，配位数为4，且不存在Pt-Pt配位. 他们还结合DFT理论计算和XANES白线峰面积分析，精确推断出催化剂中Pt的存在形式为Pt₁-C₃N₁. 随后，他们开展了电化学原位XAFS测试，观测了不同电压下XANES白线峰的面积变化情况，并对不同电压下获取的EXAFS曲线进行了拟合，发现在一定的阴极电压下， Pt与衬底连接的配位数显著降低［图6（D）］，且化合价降低［图6（B）］，形成一种更利于H原子吸附的“近自由”状态，从而显著提高了催化剂的性能.