EES:Pt1/(Co, Ni)(OH)2/C实现高效HER

描述

氢氧化物负载的原子结构,特别是单原子,可积极的调节微环境以提高催化性能,但很少探索单氢氧化物和双氢氧化物之间的电子协同作用。

基于此,香港大学郭正晓院士、朱丽华副教授、中科院福建物质结构研究所柴国良研究员和佛山季华实验室Yang Zhiqing(共同通讯作者)等人报道了一种Pt1/(Co, Ni)(OH)2/C单原子催化剂(SAC),即将Pt单原子(Pt1)稳定并锚定在有缺陷的(Co, Ni)(OH)2表面,并进一步负载在炭黑上。

该催化剂表现出明显优于Pt1/Co(OH)2/C、Pt1/Ni(OH)2/C、Pt1/C和20wt% Pt/C的析氢反应(HER)活性。

其中,在0.09 V下,HER表现出几乎为零的起始过电位和优异的电催化质量活性,分别是Pt1/C的29.7倍和商用20wt% Pt/C的115.9倍。

在100 mA·cm-2下计时电位测定24 h,循环伏安法测定20000次,衰减可以忽略不计。

催化剂

在纯Pt(111)上,H2O(*H2O→*H + *OH)的解离速率为0.68 eV,为速率限制步骤。作者同时考虑了(Pt1/(Ni, Co)(OH)2)和没有单个Pt吸附(Co, Ni)(OH)2的缺陷(Co, Ni)(OH)2。H2O在(Co, Ni)(OH)2上的解离向上为0.93 eV,导致HER比在纯Pt(111)上更缓慢。

中间产物*H在(Co, Ni)(OH)2上的吸附太强(-0.32 eV),抑制了H2(*H→*+ 1/2H2)的形成。对于Pt1/(Ni, Co)(OH)2,吸附后的H2O(*H2O)在OH缺陷处分裂为一个*OH,在Pt原子上分裂为一个*H,自由能下降至-0.074 eV,从而实现有效的H2O解离步骤。

催化剂

电荷密度差,表明(Co, Ni)(OH)2的Pt和O原子之间存在强烈的电荷转移。在Pt1/(Ni, Co)(OH)2中,Pt在纯Pt上的Bader有效电荷为-0.076|e|,而在Pt1/(Ni, Co)(OH)2中,Pt的Bader有效电荷为0.27|e|,表明电子从单个Pt原子转移到(Co, Ni)(OH)2上。由于*H与Pt原子发生共价相互作用,Pt原子的局部负电荷越多,*H与Pt的成键越强。

因此,对比纯Pt和(Co, Ni)(OH)2,Pt1/(Co, Ni)(OH)2在H2O解离和H2形成过程中都表现出更好的HER性能。

催化剂

Effective electronic tuning of Pt single atoms via heterogeneous atomic coordination of (Co, Ni) (OH)2 for efficient hydrogen evolution. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2EE02785B.

审核编辑 :李倩

打开APP阅读更多精彩内容
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分