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硒化铂（PtSe2）在电催化领域展现出广阔应用前景。一维（1D）纳米结构因能暴露丰富的边缘活性位点并实现快速电荷传输，对提升催化性能具有显著优势。然而，其高效电催化应用所需的1D PtSe2纳米结构合成仍面临挑战。

2025年6月28日，上海交通大学王衍明、刘思雨、袁青林在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Ultrathin PtSe2Nanowires in Single-Walled Carbon Nanotubes for Hydrogen Evolution Reaction》的研究论文，Nan Si、Rui Wang、Xianyu Hu为第一作者，王衍明、刘思雨、袁青林为论文共同通讯作者。

在本文中，作者以单壁碳纳米管（SWCNTs）为限域模板，通过化学气相沉积法（CVD）实现了超薄（0.4~2.0nm）PtSe2纳米线的可控合成。原子分辨率电镜结合光谱学与密度泛函理论（DFT）计算表明，PtSe2纳米线在SWCNTs限域空间内沿<110>晶向各向异性生长，呈现锯齿状边缘结构且具有较高热力学稳定性。

基于边缘结构中富含不饱和Pt原子的特性，所制备的PtSe2纳米线在Pt负载量仅为4.684wt%的极低条件下，展现出优异的析氢反应（HER）活性：过电位低至47 mV（@10mA cm-2），Tafel斜率为41.7mV dec-1。

该研究不仅为一维（1D）超薄纳米线合成提供了新策略，更为开发低成本高效铂基催化剂开辟了新途径。

图1：合成与微观结构表征。图a为合成PtSe2纳米线（NWs）的两步生长策略示意图。图b为CVD生长装置的示意图，展示了以Se粉末和Pt-inSWCNT为前驱体合成PtSe2-inSWCNT的过程。图c的HAADF-STEM图像显示PtSe2纳米线在SWCNT内的原子结构。图d为PtSe2纳米线的原子结构。图e-h的EDS元素分布图表明Pt和Se在SWCNT内均匀分布，比例接近化学计量比。

图2：PtSe2NWs在SWCNTs内的原子尺度表征。图a-e为PtSe2纳米线的HAADF-STEM图像与FFT分析，PtSe2NWs的直径分布在0.4~2.0 nm之间，主要沿<110>方向生长，具有锯齿形边缘，而少数沿<210>方向生长的NWs则具有扶手椅形边缘。图f为PtSe2NWs的两种典型取向的原子模型，分别具有锯齿形边缘和扶手椅形边缘。图g为PtSe2NWs沿SWCNT轴向的生长方向，表明PtSe2NWs具有高度的各向异性生长特性。图h-i为沿<110>和<210>方向生长的PtSe2NWs的不同直径的HAADF-STEM图像，表明纳米线尺寸由SWCNT模板内径精确控制。

图3：光谱分析与界面相互作用。图a-c为Pt 4f的XPS谱图，表明PtSe2纳米线边缘存在不饱和Pt-Se键。图d为Se3d的XPS谱图，其轨道结合能验证了PtSe2形成。图e-f的拉曼光谱图中G带蓝移和RBM强度减弱，表明SWCNT的电子态发生了改变。图g为C1s的XPS谱图，PtSe2-inSWCNT中C1s的结合能下降，表明电子从SWCNT转移到PtSe2。图h-i为SWCNT薄膜和PtSe2-inSWCNT薄膜的表面电位。PtSe2-inSWCNT的平均表面电位低于SWCNT，表明电子从SWCNT转移到PtSe2，证实了p型掺杂。

图4：DFT计算与电子特性。图a-d为优化后的PtSe2纳米线原子模型。图e-f的势能比较表明<110>向势能低于<210>向，Pt端接边势能低于Se端接边。图g的DOS图像表明PtSe2NW-inSWCNT具有金属特性，电子态穿过费米能级，费米能级附近Pt轨道贡献更大。图h-i的差分电荷密度分析电荷转移集中于纳米线边缘位点与SWCNT碳原子界面。

图5：HER催化性能对比。图a的DFT计算显示边缘Pt位点的氢吸附自由能更低。图b-f为电化学性能测试，PtSe2-inSWCNT具有更高的电化学活性面积，表现出更好的催化活性。图g表明PtSe2-inSWCNT优于文献报道PtSe2基催化剂。

综上，作者开发了一种通过单壁碳纳米管（SWCNTs）限域模板法可控合成超薄PtSe2纳米线的新策略，首次实现了沿<110>晶向生长的锯齿边缘结构，揭示了其高效析氢反应活性的原子机制。

本研究不仅提供了一种新颖的合成1D超薄纳米线的策略，而且为制备低成本、高效Pt基催化剂开辟了新的途径，有助于推动电催化领域的发展。

这种超薄PtSe2纳米线在能源转换领域具有广阔的应用前景，特别是在质子交换膜燃料电池和水电解制氢等领域，有望显著降低Pt基催化剂的成本，提高能源转换效率，对于实现可持续能源解决方案具有重要意义。

Ultrathin PtSe2Nanowires in Single-Walled Carbon Nanotubes for Hydrogen Evolution Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2025. https://doi.org/10.1002/anie.202510463.

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