The nature of active sites of Ni2P electrocatalyst for hydrogen evolution reaction

塔菲尔方程 电催化剂 化学 吸附 催化作用 无机化学 X射线吸收精细结构 透射电子显微镜 电化学 电极 物理化学 纳米技术 光谱学 材料科学 有机化学 物理 量子力学
作者
Jisue Moon,Jue‐Hyuk Jang,Eung-Gun Kim,Young‐Hoon Chung,Sung Jong Yoo,Yong-Kul Lee
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:326: 92-99 被引量:114
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2015.03.012
摘要

Nano-scaled Ni2P particles were synthesized by ligand stabilization method and applied for hydrogen evolution reaction (HER). X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), and X-ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy were employed to examine structural properties of Ni2P nanoparticles. The electrocatalytic HER activity and stability for the Ni2P nanocatalyst were tested in 0.5M H2SO4, and the Ni2P electrocatalyst exhibited a low onset potential for the HER at around −0.02 V vs. RHE, a little more negative compared to the Pt catalyst which shows almost 0 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE), and the Tafel slope of 75 mV per decade, i.e. following Volmer step as a rate-determining step. Density functional theory (DFT) calculations for hydrogen adsorption over Ni2P surfaces (0 0 1) and (0 0 2) revealed that the hydrogen adsorption might occur via two reaction pathways: consecutive or simultaneous hydrogen adsorption. The consecutive hydrogen adsorptions on threefold hollow (TFH)-Ni site followed by on P(II) site on a Ni2P (0 0 1) surface led to a lower reaction barrier than simultaneous hydrogen adsorption. These results thus demonstrated that the Volmer step might follow consecutive adsorption mechanism over the Ni2P surface.
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