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石墨炔负载的双金属单团簇催化剂用于碱性析氢反应
1
作者
陈斌
蒋亚飞
+1 位作者
肖海
李隽
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2023年第7期306-313,共8页
氢气(H_(2))可以存储可再生能源并应用于燃料电池,其中电化学析氢反应(HER)是可持续制备高纯氢气的方法之一.铂(Pt)是HER最有效的电催化剂之一,但其在碱性介质中存在较高的水解离能垒,限制了Pt电催化剂整体的HER活性,而提高水解离动力...
氢气(H_(2))可以存储可再生能源并应用于燃料电池,其中电化学析氢反应(HER)是可持续制备高纯氢气的方法之一.铂(Pt)是HER最有效的电催化剂之一,但其在碱性介质中存在较高的水解离能垒,限制了Pt电催化剂整体的HER活性,而提高水解离动力学可能会增强H吸附,不利于制H_(2),这使得进一步优化Pt基碱性HER电催化剂面临类似Sabatier原则的限制.本文预测,石墨炔(GDY)负载的具有金字塔结构的双金属M1A3(M为后过渡金属,A为前过渡金属)四原子单团簇催化剂(SCCs)是高性能的碱性HER电催化剂.通过第一性原理计算发现,Pt_(1)Ti_(3)/GDYSCC在工作条件下热力学和动力学稳定,能够通过Volmer-Heyrovsky机制提供碱性HER的高催化活性.一方面,Ti金属位点可以协同促进水的解离,降低水解离能垒,并促进水解离形成的H中间体(*H)向邻近的Pt金属位点转移,从而加快了碱性HER过程的Volmer决速步;另一方面,相邻带负电荷的Pt金属位点的d带中心下移,从而有利于H的脱附,提供了更优化的H吸附自由能(ΔG*H).因此,Pt_(1)Ti_(3)/GDY SCC有希望突破Pt基电催化剂类似Sabatier原则的限制.通过筛选M1替代Pt1,获得最佳的ΔG*H和水解离,进一步预测Ir1Ti3/GDY SCC在低*OH覆盖率下是一个更有前景的碱性HER电催化剂.综上,本文提出了一种新型的M1A3/GDYSCCs,它具有作为碱性HER高性能电催化剂的巨大潜力,同时为碱性HER电催化剂的理性设计提供了新见解.
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关键词
碱性析氢反应
水解离动力学
单团簇催化
pt1ti3/graphdiyne
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职称材料
题名
石墨炔负载的双金属单团簇催化剂用于碱性析氢反应
1
作者
陈斌
蒋亚飞
肖海
李隽
机构
清华大学化学系
南方科技大学化学系
出处
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2023年第7期306-313,共8页
基金
国家自然科学基金(92261111,22122304)
国家重点研发计划(2022YFA1503000,2022YFA1503900)
+1 种基金
广东省催化化学重点实验室(2020B121201002)
清华大学自主科研计划(20221080065).
文摘
氢气(H_(2))可以存储可再生能源并应用于燃料电池,其中电化学析氢反应(HER)是可持续制备高纯氢气的方法之一.铂(Pt)是HER最有效的电催化剂之一,但其在碱性介质中存在较高的水解离能垒,限制了Pt电催化剂整体的HER活性,而提高水解离动力学可能会增强H吸附,不利于制H_(2),这使得进一步优化Pt基碱性HER电催化剂面临类似Sabatier原则的限制.本文预测,石墨炔(GDY)负载的具有金字塔结构的双金属M1A3(M为后过渡金属,A为前过渡金属)四原子单团簇催化剂(SCCs)是高性能的碱性HER电催化剂.通过第一性原理计算发现,Pt_(1)Ti_(3)/GDYSCC在工作条件下热力学和动力学稳定,能够通过Volmer-Heyrovsky机制提供碱性HER的高催化活性.一方面,Ti金属位点可以协同促进水的解离,降低水解离能垒,并促进水解离形成的H中间体(*H)向邻近的Pt金属位点转移,从而加快了碱性HER过程的Volmer决速步;另一方面,相邻带负电荷的Pt金属位点的d带中心下移,从而有利于H的脱附,提供了更优化的H吸附自由能(ΔG*H).因此,Pt_(1)Ti_(3)/GDY SCC有希望突破Pt基电催化剂类似Sabatier原则的限制.通过筛选M1替代Pt1,获得最佳的ΔG*H和水解离,进一步预测Ir1Ti3/GDY SCC在低*OH覆盖率下是一个更有前景的碱性HER电催化剂.综上,本文提出了一种新型的M1A3/GDYSCCs,它具有作为碱性HER高性能电催化剂的巨大潜力,同时为碱性HER电催化剂的理性设计提供了新见解.
关键词
碱性析氢反应
水解离动力学
单团簇催化
pt1ti3/graphdiyne
Keywords
Alkaline hydrogen evolu
ti
on reac
ti
on
Water dissocia
ti
on kine
ti
cs
Single‐cluster catalysis
pt1ti3/graphdiyne
分类号
O643.36 [理学—物理化学]
TQ116.2 [化学工程—无机化工]
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作者
出处
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1
石墨炔负载的双金属单团簇催化剂用于碱性析氢反应
陈斌
蒋亚飞
肖海
李隽
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2023
0
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