通訊作者：Li Guowei、孫巖、Claudia.Felser
通訊單位：馬克斯普朗克固體化學物理研究所
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電導率，載流子遷移率和合適的吉布斯自由能是決定用于析氫反應（HER）的電催化劑性能的重要標準。然而，將這些因素組合到同一個化合物材料上顯然是具有相當大的難度。
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拓撲半金屬是一種不同于拓撲絕緣體的新型拓撲電子態，其具有特殊拓撲的表面態（費米弧、鼓膜表面態）、奇異的磁輸運性質（如負磁阻、巨磁電阻）以及極高的載流子遷移率等優點。過往的研究證明拓撲半金屬材料是潛在的催化劑。
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馬克斯普朗克固體化學物理研究所的Claudia.Felser、孫巖、Li Guowei最近發現的狄拉克結弧半金屬PtSn4是一種優質的HER電催化劑。
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催化劑PtSn4表現出與Pt催化劑同樣的電催化活性，在100 mV下，PtSn4的每個活性位點的轉換頻率（TOF）為1.54 H2 s-1。該化合物具有超高的化學和電化學穩定性，同時Pt的使用量顯著降低，使其成為替代Pt催化劑的理想選擇。同時，該催化劑具有高的載流子遷移率和電導率，這主要歸因于具有高的無質量Dirac費米子傳輸速度，有利于催化過程中快速的電荷轉移，從而提升了HER動力學速率。這些結果表明，PtSn4塊狀單晶是一種新型高效電催化劑，也突出了其在催化機理研究和現實工業應用中的優勢。
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圖1 不同催化劑催化性能理論值示意圖
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圖2 PtSn4催化劑電催化HER活性
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圖3 PtSn4催化劑結構示意圖及精細結構表征
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圖4 催化劑電子轉移機理及理論計算
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Dirac nodal arc semimetal PtSn4: An ideal platform for understanding surface properties and catalysis
(Angewandte Chemie International Edition，2019，DOI: 10.1002/anie.201906109)
原文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201906109
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