HER催化反应的性能需要打破Sabatier规则,通常是通过调控金属-载体的电子相互作用(EMSI)。
有鉴于此,中国地质大学杨泽惠副教授、武汉纺织大学罗芳、包海峰等报道发现使用WS2作为Pt的载体,构筑Pt@WS2催化剂,在酸性HER电催化反应中仅需31 mV达到10 mA cm-2电流密度,性能(质量活性)比标杆Pt/C催化剂高2.5倍。
本文要点
(1)
通过改变pH测试电催化活性,以及H2-TPD表征、原位Raman光谱表征,说明HER电催化反应机理包含氢溢流作用。WS2载体能够对Pt产生增强的氢结合能,因此提高Pt位点附近的氢浓度,并且通过上升的d能带中心位置的能带结构以及生成氢气的Gibbs自由能减少的现象得以验证说明。
(2)
对于不同Pt层催化剂,WS2对Pt层的Gibbs自由能影响(-0.5 eV layer-1)比炭黑对Pt层的Gibbs自由能影响(-0.88 eV layer-1)更低,因此WS2具有更高的Pt利用效率。理论计算结果显示氢溢流能够对Pt@WS2的第3层Pt原子产生影响。此外,随着氢覆盖度的增加,Pt@WS2催化剂的反应能垒降低。
参考文献
Yumei Feng, Yuhua Xie, Yingjie Yu, Yazhou Chen, Qingting Liu, Haifeng Bao, Fang Luo, Shuyuan Pan, Zehui Yang, Electronic Metal-Support Interaction Induces Hydrogen Spillover and Platinum Utilization in Hydrogen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202413417
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202413417