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Transition Metal Atoms Anchored on CuPS3 Monolayer for Enhancing Catalytic Performance of Hydrogen Evolution Reactions

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作者
Yongxiu Sun,Aijian Huang,Zhijie Li,Yongqing Fu,Zhiguo Wang
出处
期刊:Electrocatalysis [Springer Nature]
卷期号:13 (4): 494-501 被引量:6
标识
DOI:10.1007/s12678-022-00742-6
摘要

Abstract The noble metal such as Pt has been used as the catalysts for hydrogen evolution reaction (HER), but with problems such as scarcity of resources and high cost. Anchoring transition metal atoms onto the catalysts is regarded as a potential approach to solve this problem and enhance the electrocatalytic performance of HER. For this purpose, two-dimensional materials, such as CuPS 3 monolayer, are regarded as one of the most ideal carriers for adsorption of metal atoms. However, there is no previous study on this topic. In this paper, we systematically studied microstructures, electronic properties, and electrocatalytic performance of the CuPS 3 monolayer anchored with transition metal atoms (e.g., Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) using a density functional theory (DFT). Results showed that all the transition metal atoms are favorably adsorbed onto the CuPS 3 monolayer with large binding energies at the top of the Cu atom. The pristine CuPS 3 monolayer has a large catalytic inertia for hydrogen evolution reactions, whereas after anchored with transition metal atoms, their catalytic performances have been significantly improved. The Gibbs free energy (Δ G H ) is 0.44 eV for the H atom absorbed onto the pristine CuPS 3 monolayer, whereas the Δ G H values for the V, Fe, and Ni atoms anchored onto the CuPS 3 monolayer are 0.02, 0.11, and 0.09 eV, respectively, which is close to the Δ G H of H atom adsorbed on Pt (e.g., −0.09 eV). At the same time, the influence of hydrogen coverage rate was calculated. The result shows that V adsorbed on CuPS 3 monolayer is catalytic active for HER for a large range of hydrogen coverage. Our results demonstrate that anchoring of V atom onto the CuPS 3 monolayer is a potentially superior method for making the catalyst for the HER. Graphical abstract
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