高效、经济、稳定的电催化剂对于实现可再生能源驱动的电解水制氢技术具有关键作用。近年来，碳材料负载的铂单位点催化剂（Pt SSC）在析氢反应（HER）中展现出令人瞩目的性能，但析氢性能与Pt单位点配位结构之间的内在联系缺乏系统深入的探究。

近日，南京大学胡征、吴强、杨立军团队以他们创制的介观结构碳纳米笼为载体，利用微孔捕获与杂原子锚定的协同作用，构建了一系列Pt单位点催化剂，通过实验与理论的结合研究，系统深入地探讨了杂原子配位对Pt单位点催化剂析氢性能的影响。

作者在无掺杂、N掺杂、P掺杂和S掺杂的碳纳米笼微孔边缘构建了系列Pt单位点催化剂， Pt原子分别与碳原子和掺杂原子配位。从S配位、P配位、C配位到N配位，催化剂表现出越来越高的析氢反应活性，在10 mA cm^-2 电流密度时过电位分别为500、97、21和15 mV。

鉴于单位点Pt活性中心的低配位特征，作者还采用密度泛函理论对这一系列单位点Pt进行了完整析氢过程的模拟，发现这些Pt位点需要吸附多达5个H原子才会析出氢分子，并指出合理评估其活性的描述符应选取析氢发生前的H原子的吸附能而不是常用的第一个H原子的吸附能。电子结构分析表明，相比于P和S，N 配位可以显著增大费米能级附近Pt 5d轨道的态密度，从而促进了HER过程中电子的转移和质子的捕获，因此展现出最高的析氢活性。

研究表明，N配位Pt单位点催化剂展现出卓越的稳定性，在10000圈加速老化测试后50 mA cm^-2处过电位仅增加6.4 mV，经24小时50 mA cm^-2恒电流测试也无明显电位下降，表明跟N配位的Pt单位点在整个多H原子吸附HER过程中保持着动力学稳定。

综上所述，胡征教授团队成功合成了系列具有不同掺杂原子配位的Pt单位点催化剂，基于单位点Pt的低配位特征理论探究了多H原子吸附HER过程，合理地描述了催化剂的活性和稳定性，确认了Fermi能级处Pt 5d轨道的态密度对析氢活性的促进作用。该研究揭示了Pt单位点催化剂析氢性能与杂原子配位的内在关系，为先进的单位点Pt基析氢电催化剂的设计和构筑提供了科学依据。