Identifying the Activity Origin of a Cobalt Single‐Atom Catalyst for Hydrogen Evolution Using Supervised Learning

材料科学 密度泛函理论 催化作用 之字形的 同步加速器 纳米材料基催化剂 同步辐射 石墨烯 纳米技术 结晶学 计算化学 化学 物理 几何学 光学 数学 生物化学 纳米颗粒 冶金
作者
Xinghui Liu,Lirong Zheng,Chenxu Han,Hongxiang Zong,Guang Yang,Shiru Lin,Ashwani Kumar,Amol R. Jadhav,Ngoc Quang Tran,Yosep Hwang,Jinsun Lee,Suresh Vasimalla,Zhongfang Chen,Seong‐Gon Kim,Hyoyoung Lee
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (18) 被引量:132
标识
DOI:10.1002/adfm.202100547
摘要

Abstract Single‐atom catalysts (SACs) have become the forefront of energy conversion studies, but unfortunately, the origin of their activity and the interpretation of the synchrotron spectrograms of these materials remain ambiguous. Here, systematic density functional theory computations reveal that the edge sites—zigzag and armchair—are responsible for the activity of the graphene‐based Co (cobalt) SACs toward hydrogen evolution reaction (HER). Then, edge‐rich (E)‐Co single atoms (SAs) were rationally synthesized guided by theoretical results. Supervised learning techniques are applied to interpret the measured synchrotron spectrum of E‐Co SAs. The obtained local environments of Co SAs, 65.49% of Co‐4N‐plane, 13.64% in Co‐2N‐armchair, and 20.86% in Co‐2N‐zigzag, are consistent with Athena fitting. Remarkably, E‐Co SAs show even better HER electrocatalytic performance than commercial Pt/C at high current density. Using the joint effort of theoretical modeling, thorough characterization of the catalysts aided by supervised learning, and catalytic performance evaluations, this study not only uncovers the activity origin of Co SACs for HER but also lays the cornerstone for the rational design and structural analysis of nanocatalysts.
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