硼化物是一类储量丰富的低成本材料，其对氧化脱氢和析氢反应（HER）催化具有惊人的活性。
近日，美国加州大学洛杉矶分校Anastassia N. Alexandrova报道了采用全局优化和DFT相结合的方法，研究了WB(001)在不同吸附质覆盖度下的表面重构和不同的吸附构型。
文章要点
1）基于从全局优化中获得的表面状态，研究人员通过检查不同覆盖率的表面状态的几何相似性构建了一个反应网络。在此基础上提出了一个巨正则系综，建立了吸附质覆盖度随pH和外加电位变化的相图。同时计算了每种表面态对总活性的贡献，揭示了一个复杂的反应网络，包括不同吸附质复盖物和构型共存的表面态。
2）总体平均反应速率表明，HER活性主要依赖于W−H/W−H2催化循环的少数态，这些态仅在重构表面覆盖度较高时出现。通过改变吸附质覆盖率(溶质浓度、pH值)、施加电位窗口、温度、控制硼在表面的化学计量量或添加掺杂剂来优化催化剂性能，可以进一步调节亚稳态。此外，B8岛被证明具有H2疏水性，可以将活性W位点彼此隔离，以防止由于H2气泡的积累而使催化剂钝化。鉴于富硼界面可能是大多数金属硼化物的典型特征，因此这种钝化防止机制可能是HER活性硼化物的一个普遍特征。
Zisheng Zhang, et al, Hydrogen Evolution on Restructured B‑Rich WB: Metastable Surface States and Isolated Active Sites, ACS Catal. 2020
DOI: 10.1021/acscatal.0c03410
https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03410
