综述：原子级沉积构建Pt-Ru-Co三原子催化剂

本期《Chem》推荐：孙团队通过原子层沉积（ALD）技术在氮掺杂碳纳米管（N-CNTs）上构建了Pt-Ru-Co不对称三原子催化剂（TAC），其d轨道电子结构的精准调控显著提升了析氢反应（HER）和氢氧化反应（HOR）的电催化活性，为多原子协同催化提供了新范式。

　　

原子级精准构筑催化活性位点

通过原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）技术，研究人员成功在氮掺杂碳纳米管（N-doped CNTs）载体上构建了Pt、Ru、Co三种金属原子组成的非对称三原子活性中心。这种精确到原子尺度的沉积方式，使得金属原子以特定几何构型排列，形成独特的电子耦合效应。

d轨道电子结构的协同调控

X射线吸收精细结构（XAFS）分析表明，Pt-Ru-Co三原子体系中，Pt的5d轨道与Ru的4d、Co的3d轨道发生显著杂化。这种电子重构导致Pt的d带中心下移0.35 eV，既优化了氢中间体（H*）的吸附自由能，又降低了水分子解离能垒。密度泛函理论（DFT）计算显示，该体系在HER过程中表现出0.12 eV的超低过电位。

双功能电催化性能突破

在0.5 M H₂SO₄电解液中，该催化剂在HER和HOR反应中均展现出卓越活性：

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  HER质量活性达12.3 A mg_{Pt^-1（过电位50 mV时）}

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  HOR交换电流密度比商业Pt/C高8.7倍

  这种双功能特性源于Ru原子对OH*的强吸附能力与Co原子对H₂O活化能力的协同作用。

载体效应的微观机制

氮掺杂碳管载体不仅提供锚定位点，其sp²碳骨架的离域π电子还参与金属原子的电荷重分布。原位红外光谱观察到催化剂表面存在金属-N-C键合结构，这种强相互作用使金属原子负载量可达7.8 wt%而不团聚。

工业应用潜力展望

该研究为设计多金属原子级催化剂提供了新思路，其ALD制备工艺与现有半导体技术兼容，在质子交换膜电解槽（PEMEC）和燃料电池领域具有明确的应用前景。稳定性测试显示，经过5000次循环后催化剂活性仅衰减4.2%，显著优于传统纳米颗粒催化剂。