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Angew. Chem. :基于亲氧性调控的内建电场助力中性电解水析氢

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功函数Φ是材料最基本的表面性质之一,它对表面电荷分布有很大的影响,特别是对金属负载型电催化剂而言。因此,研究功函数与电场强度之间的关系对于理解本征反应机理至关重要。构建金属-载体界面被认为是促进水解离的有效调控策略,进而提高催化材料的析氢反应(HER)活性。然而,当构建金属-载体界面时,电子云在界面处的重叠会使载流子经历严重的局域化,从而大大降低内建电场(BEF)的强度。


针对以上挑战,近日,香港理工大学的刘树平(Shu Ping Lau)教授、南洋理工大学的范红金(Hong Jin Fan)教授和安徽大学的徐坤教授合作,以铂(Pt)负载的氧化钴为研究体系,通过调节金属与载体之间的功函数差异(ΔΦ),构建了具有强BEF的铂-氧化钴肖特基界面用于高效的中性电解水析氢。

首先,作者通过对基底Cu的预处理使其具有强氧亲和力,精确调控了氧化钴(CoOx)的氧化态,使Pt与CoOx间的肖特基界面产生极大的ΔΦ。

进一步地,通过对BEF强度的测定证实了Pt@CoOx内存在电子重新排布,具有最大ΔΦ的Pt@CoOx表现出最高的BEF强度,表明ΔΦ与BEF间的强关联性。

电子结构的理论计算表明,Pt@CoOx中Pt的d带中心最接近理想位置,同时,强的BEF促进了电子从Co向Pt的流动,进一步调控了H*和OH*的吸附能。


最后,Pt@CoOx多孔纳米片在中性介质下表现出卓越的HER催化性能,在10 mA cm-2电流密度下的过电位仅为82 mV,质量活性是商业20% Pt/C催化剂的4.5倍。该工作为原子级电荷流的调控提供了新思路,为设计高效的电催化剂提供了可行策略。

论文信息:

Modulating built-in electric field via variable oxygen affinity for robust hydrogen evolution reaction in neutral media

Lingling Zhai, Xiaojie She, Lyuchao Zhuang, Yanyong Li, Ran Ding, Xuyun Guo, Yongqi Zhang, Ye Zhu, Kun Xu, Hong Jin Fan, Shu Ping LAU


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202116057


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