功函数对表面电荷分布有很大的影响,特别是当构建内建电场(BEF)时,金属载体电催化剂的表面电荷分布受功函数的影响更大。研究功函数与BEF之间的关系是理解本征反应机理的关键。
基于此,香港理工大学刘树平教授,南洋理工大学Jin Fan,安徽大学Kun Xu报道了为了克服中性介质中缓慢的析氢(HER)反应动力学,提出了一种牺牲剂策略来控制钴(Co)的氧化态,这是由于不同的氧亲和力所造成。此外,通过调节功函数的变化,构造了具有较强BEF的金属-载体界面。
文章要点
1)光谱测量和密度泛函理论(DFT)计算结果证实,电荷分配受到精确的调制,这对催化活性有很大影响。所制备的Pt@CoOx催化剂具有优异的HER活性,高质量活性为4.37 A mg-1Pt,是20%Pt/C催化剂的4.5倍。
2)实验结果与理论计算相结合的结果表明,ΔΦ诱导的强BEF导致优化的ΔGH*和ΔGOH*,从而促进了催化剂在中性介质中的HER动力学。
3)研究人员基于变量模型得到了ΔGOH*与其HER活性之间的非线性关系,表明氢氧化物吸附是控制HER性能的重要参数之一。
所提出的合理方法有望阐明用于中性介质中HER电催化剂的设计原则,进一步促进实际绿色能源利用的实现。
参考文献
Lingling Zhai, et al, Modulating built-in electric field via variable oxygen affinity for robust hydrogen evolution reaction in neutral media, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202116057
https://doi.org/10.1002/anie.202116057