设计用于析氢反应（HER）的活性和低成本电催化剂是实现清洁氢能基础设施的关键。氢电催化剂最成功的设计原理是活性火山图，该图基于萨巴蒂尔原理，已被用于理解贵金属的异常活性和金属合金催化剂的设计。然而，火山图在设计用于HER的氮掺杂石墨烯（TM/N₄C催化剂）上的单原子电催化剂（SAE）中的应用由于单金属原子位点的非金属性质而不太成功。鉴于此，南方科技大学化学系王阳刚和新加坡南洋理工大学刘斌等报道了一种工程化单原子电催化剂的方法用于增强酸性Volmer反应动力学。

本文要点：

（1）通过对一系列SAEs系统（TM/N₄C，其中TM=3d、4d或5d金属）进行从头算分子动力学模拟和自由能计算，发现带负电荷的*H中间体和界面H₂O分子之间的强电荷-偶极相互作用可以改变酸性Volmer反应的过渡路径，并显著提高其动力学势垒，尽管其具有有利的吸附自由能。这种动力学阻碍也通过电化学测量得到实验证实。

（2）通过将氢吸附自由能和竞争界面相互作用的物理相结合，提出了一个统一的设计原则，用于设计用于氢能转换的SAEs。

（3）该原则结合了热力学和动力学考虑，并允许超越活火山模型。

Hao Cao, Qilun Wang, Zisheng Zhang, Hui-Min Yan, Hongyan Zhao, Hong Bin Yang, Bin Liu, Jun Li, and Yang-Gang Wang. Engineering Single-Atom Electrocatalysts for Enhancing Kinetics of Acidic Volmer Reaction. Journal of the American Chemical Society Article ASAP

DOI: 10.1021/jacs.2c13418

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13418