Relative Efficacy of Co−X4 Embedded Graphene (X=N, S, B, and P) Electrocatalysts towards Hydrogen Evolution Reaction: Is Nitrogen Really the Best Choice?

石墨烯 掺杂剂 催化作用 材料科学 氢燃料 密度泛函理论 兴奋剂 纳米技术 化学 计算化学 有机化学 光电子学
作者
Chunjin Ren,Lu Wen,Saneliswa Magagula,Qianyu Jiang,Wei Lin,Yongfan Zhang,Zhongfang Chen,Kaining Ding
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:12 (2): 536-543 被引量:41
标识
DOI:10.1002/cctc.201901293
摘要

Abstract We perform first‐principles calculations to investigate whether or not nitrogen is the best dopant in system of Co−X 4 embedded graphene (X=N, S, B, and P) electrocatalysts towards hydrogen evolution reaction(HER). Our theoretical results reveal that N, S, B, and P‐doped graphene can enhance the catalytic activity toward HER compared with the pristine graphene, and S doped graphene exhibits more favorable performance than N doped graphene, consistent with the experimental results. For the Co−X 4 embedded graphene (X=N, S, B, and P), we predict that S may be a promising dopant in graphene supported single atom Co. The rather low hydrogen adsorption free energy (−0.07 eV) and activation energy barrier (0.78 eV) for the rate‐determining step, the downshift of the d band center, the enhanced charge density of d z 2 orbital as well as the reduced work function are responsible for the unexpected activity of Co‐S 4 embedded graphene for HER. Overall, Co‐S 4 embedded graphene catalyst could be a good candidate for hydrogen evolution reaction.

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