Multicomponent electrocatalyst with ultralow Pt loading and high hydrogen evolution activity

过电位 催化作用 电催化剂 铂金 材料科学 制氢 三聚氰胺 双功能 电化学 化学工程 化学 电极 物理化学 复合材料 工程类 有机化学
作者
Jitendra N. Tiwari,Siraj Sultan,Chang Woo Myung,Taeseung Yoon,Nannan Li,Miran Ha,Ahmad M. Harzandi,Hyo Ju Park,Dong Yeon Kim,S. Selva Chandrasekaran,Wang‐Geun Lee,Varun Vij,Hoju Kang,Tae Joo Shin,Hyeon Suk Shin,Geunsik Lee,Zonghoon Lee,Kwang S. Kim
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:3 (9): 773-782 被引量:680
标识
DOI:10.1038/s41560-018-0209-x
摘要

Platinum is the most effective electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction in acidic solutions, but its high cost limits its wide application. Therefore, it is desirable to design catalysts that only require minimal amounts of Pt to function, but that are still highly active. Here we report hydrogen production in acidic water using a multicomponent catalyst with an ultralow Pt loading (1.4 μg per electrode area (cm2)) supported on melamine-derived graphitic tubes (GTs) that encapsulate a FeCo alloy and have Cu deposited on the inside tube walls. With a 1/80th Pt loading of a commercial 20% Pt/C catalyst, in 0.5 M H2SO4 the catalyst achieves a current density of 10 mA cm−2 at an overpotential of 18 mV, and shows a turnover frequency of 7.22 s−1 (96 times higher than that of the Pt/C catalyst) and long-term durability (10,000 cycles). We propose that a synergistic effect between the Pt clusters and single Pt atoms embedded in the GTs enhances the catalytic activity. Although Pt is highly active for electrocatalytic production of H2 from water, its cost limits its wide application. Here, the authors prepare a high-performing catalyst that is supported on graphitic tubes, containing Fe, Co and Cu, and requires only a small amount of Pt.
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