钼金属空位多孔磷化钼电催化剂

Ting
发布于 2023-12-03 / 70 阅读
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钼金属空位多孔磷化钼电催化剂

  在高性能非贵金属析氢电催化剂方面,博主针对非贵金属析氢电催化剂反应动力学慢,电流密度低的问题,设计制备了一种富钼金属空位的多孔磷化钼电催化剂(Mov-MoP)。对磷化钴/磷化钼(Co2P/MoP)异质结构中的磷化钴相进行酸刻蚀,成功引入丰富的孔道结构以及磷化钼表面的钼金属空位(图a),加速物质传输的同时暴露出更多的磷原子高活性中心,显著提高了磷化钼的析氢反应动力学,在400毫伏过电位下表现出超越商用铂碳(Pt/C)电极的电流密度(图b)。为了深入理解钼金属空位对催化性能优化的机理,申请人结合实验表征开展了一系列理论计算。研究发现,钼金属空位的引入诱导了表面电荷的重新分布,暴露的磷原子获得了更多的电荷转移,使其在宽氢覆盖度范围内,尤其是满覆盖度下表现出接近于零的氢吸附自由能(图c)。相比之下,Mo3P和MoP2分别表现出过高和过低的氢吸附自由能,MoP的磷原子终端表面在3/4氢离子覆盖度下表现出几乎为零的氢吸附自由能,但是随着覆盖度继续提高,磷原子终端表面对氢离子的吸附将变得非常微弱,Volmer氢吸附反应受阻,难以维持氢离子高覆盖度。与此同时,表面电荷的重新分布还构建了由终端钼原子至次层磷原子的内极化场,实现了更加高效的氢离子供给机制,有利于氢离子覆盖度维持在较高水平(图d)。在适中的氢吸附自由能和较高的氢离子覆盖度共同作用下,Mov-MoP表现出极为高效且持久的Volmer-Heyrovsky反应动力学,最终实现超越商用铂碳(Pt/C)电极的电流密度。最后,申请人进一步构建了磷p带中心与氢吸附自由能的线性关系,并提出以磷p带中心作为析氢反应的性能描述符,可以用于评价其他以磷原子作为活性中心的电催化剂。审稿专家认为“这项工作通过系统全面的表征和理论计算,为评价析氢电催化剂的性能提供了新的描述符,论文的结论十分有用”。

本文发表在催化领域顶级期刊Applied Catalysis B: Environmental, 影响因子22.1。

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