过渡金属碳化物(TMCs)对析氢反应(HER)具有很高的催化活性和优异的稳定性。然而,由于它们与氢的强烈相互作用,严重阻碍了其类似铂的HER催化性能。
近日,湖南大学李轩科教授,武汉理工大学Qin Zhang,德国锡根大学Nianjun Yang报道了通过在TMC表面引入吸附的镍原子(Ni/TMC),用以活化TMC(M=V,Fe,Cr,Mo)。
文章要点
1)在酸性和碱性溶液中,Ni/TMC催化剂具有较低的过电位和Tafel斜率。10 mA cm-2时,Ni/碳化钒(VC)和Ni/Fe3C催化剂在1 m KOH中的过电位分别为128 和93 mV,在0.5 m H2SO4中的过电位分别为111和112 mV。即使在150mA cm-2,其过电位也分别低至270和291 mV。在碱性溶液中,Ni/TMC催化剂的性能甚至优于Pt/C催化剂。
2)密度泛函理论计算和X射线吸收精细结构分析证实,这些吸附的Ni原子有效地优化了d-电子结构,提高了其性能。
本工作为在不同介质中高效活化TMCs提供了一条通用途径。
Chenfan Yang, et al, Ni-Activated Transition Metal Carbides for Efficient Hydrogen Evolution in Acidic and Alkaline Solutions, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002260
https://doi.org/10.1002/aenm.202002260