来源：Sciopen
由于化石燃料的大量消耗和由此带来的气候挑战，迫切需要开发清洁和可再生能源技术。然而，这些能源的间歇性、不可预测性和非连续性需要能源转换技术的进步。其中，阴离子交换膜燃料电池 （AEMFC） 在很大程度上依赖于对碱性介质中氢氧化反应 （HOR） 催化剂的研究。铂 （Pt） 基催化剂因其卓越的催化活性而成为最有效的 HOR 催化剂之一。然而，它们在碱性条件下的性能受到高氢吸附结合能 （HBE） 和羟基吸附能不足的影响，导致 HOR 动力学缓慢。研究人员已经开发了许多策略，例如合金化和异质结构工程，以提高他们的 HOR 性能。将Pt与其他金属合金化并形成异质结构被认为是调整Pt活性位点的电子结构和d波段中心的有效策略，从而优化HBE并增强HOR的动力学。
除了优化 Pt 活性位点上的 HBE 外，吸附氢 （Had） 在增强 HOR 动力学和促进水形成方面也起着关键作用。通常，在碱性介质中，Had中间体必须与 OHad偶联物种形成水，这一过程由双功能 OH 结合能 （OHBE） 理论解释。该理论强调 Had的协同吸附和 OHad在两个不同的活性位点，其中 Had被 OHad氧化物种，从而促进 HOR。因此，平衡 HBE 和 OHBE 之间的权衡对于增强碱性 HOR 动力学具有关键意义。
为了实现这一目标，Pt 通常与亲氧金属形成合金，利用双功能机制来提高催化活性。例如，PtRu 合金通过增强 OH 在碱性介质中表现出出色的 HOR 活性广告吸附，这要归功于钌 （Ru） 的亲氧性质。然而，PtRu 合金的耐久性仍然存在挑战，因为它们容易受到高电位氧化诱导钝化的影响。最近的研究表明，人们对铂和非贵金属之间的协同效应越来越感兴趣，特别是3D过渡金属，如铁、钴、镍和铜，以及它们的氧化物。这些金属或氧化物可以调节 Pt 活性中心的电子状态，从而增强本征活性并促进 OH 物质的吸附。然而，它们的结构和配位化学的复杂性使阐明催化机制和建立明确的构效关系的工作变得复杂。最近，几项研究表明，将 Pt 与稀土 （Pt-RE） 合金化表现出较低的合金能，从而为这些合金提供抗溶解的动力学稳定性。此外，当稀土原子与 Pt 杂化时，稀土的 4f 轨道的独特占用和 La 收缩效应特征会影响 Pt-RE 杂化物的电子结构，从而可能优化 H广告Pt 活性位点的吸附和解吸。此外，作为路易斯酸的 RE 元素的空轨道可以选择性地吸收 OH−，有助于增加 OH 的浓度−靠近 Pt 活性位点，从而提高整体 HOR 性能。此外，单原子催化剂在包括 HER 和 HOR 在内的各种电催化反应中证明了其优越性，并取得了重大进展。然而，对稀土基单原子催化剂的研究相对有限，尤其是在 HOR 的应用方面。因此，探索它们在 HOR 中的潜力并揭示其潜在机制具有重要意义。
在此，我们介绍亲氧稀土原子作为碱性介质中 HOR 的有效促进剂。这些稀土原子被掺杂到支撑在 Pt 纳米颗粒 （GCN-RE-Pt） 上的石墨氮化碳 （GCN） 纳米片中，以平衡 HBE 和 OHBE 之间的权衡，从而增强 HOR 动力学。Tb 物质的存在促进了 GCN-Tb 基质内的电荷重新分布，有效调节 Pt 活性位点的电子状态，优化吸附氢的结合能。更重要的是，Tb 原子还有助于 OHad的吸附物质，有助于氧化吸附的 Had相邻 Pt 活性位点上的中间体。得益于它们的协同作用，GCN-Tb-Pt 催化剂在 HOR 中表现出显著的活性和良好的耐久性。