刘树平/范红金/徐坤Angew.: Pt@CoOx在中性介质中进行稳健HER,内建电场功不可没!

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在酸性或碱性条件下电化学制氢面临着{attr}3107{/attr}腐蚀性和环境问题,而中性介质中不存在这些问题使得中性HER具有优异前景。但是中性HER动力学缓慢,因此开发和设计具有提高中性HER动力学的催化剂至关重要。功函数强烈影响表面电荷分布,特别是对于构建内建电场(BEF)的金属载体电催化剂,因此,研究功函数与BEF之间的相关性对于理解内在反应机制至关重要。

在此,香港理工大学刘树平南洋理工大学范红金安徽大学徐坤等报道了一种具有较大功函数差(ΔΦ)和强BEF的Pt@CoOx电催化剂。
研究人员采用了一种具有强氧亲和力的牺牲剂(Cu)来精确控制钴氧化物(CoOx)的氧化状态,这对Pt的ΔΦ具有很强的影响。各种电学表征证明,所制备的具有较大ΔΦ的Pt@CoOx显示出增强的BEF;
光谱研究和密度泛函理论计算(DFT)表明,增强的BEF优化了对H*和OH*的吸附强度,从而促进了中性HER的动力学。更重要的是,基于变量模型得到了ΔGOH*和HER活性之间的非线性关系,表明氢氧化物吸附是控制中性HER性能的重要描述符之一。
因此,Pt@CoOx在中性介质中显示出优异的HER性能,当电流密度为10 mA cm-2时,其具有82 mV的低HER过电位,质量活性为4.37 A mg-1Pt,是20%Pt/C的4.5倍。并且该催化剂还具有优异的稳定性,其在运行24小时后仍保持~95%的电流密度;经过1000次循环后,其在100 mA cm-2处的电位仅发生29 mV的轻微偏移。这项工作提供了对电荷流的原子水平转向的机制上的见解,而优化策略可能为设计高效的电催化剂提供指导。
Modulating Built-in Electric Field via Variable Oxygen Affinity for Robust Hydrogen Evolution {attr}3136{/attr} in Neutral Media. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202116057


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