Improving electrocatalytic hydrogen evolution through Co and Ni single atom sites with synergistic effects anchored on carbon foam as a self-supporting electrode

过电位 催化作用 电极 碳纤维 材料科学 密度泛函理论 吸附 化学工程 Atom(片上系统) 化学 电化学 有机化学 计算化学 复合材料 物理化学 复合数 工程类 计算机科学 嵌入式系统
作者
Jing Yu,Yingxue Wang,Yifu Jing,M. I. Asghar,Yike Li,Yan Zhang,Qi Liu,Rumin Li,Jun Wang,Peter D. Lund
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:484: 149406-149406 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149406
摘要

Developing a new type of high-loaded single atom catalysts to further improve the performance of electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) is still a major challenge. However, multiple single atom sites with synergistic effect between different atoms can promote catalytic activity. In this work, we develop a strategy based on inkjet printing-pyrolysis to anchor Co and Ni single atom sites on carbon foam substrate to form CoNi-N/CMF self-supporting electrode, which shows outstanding electrocatalytic hydrogen evolution performance. Aberration-corrected transmission electron microscopy revealed the coexistence of well dispersed Co and Ni single atoms with atomic distance of 5.3 Å, indicating part of Co and Ni single atoms are indirect bonding between the two atoms. CoNi-N/CMF showed impressive overpotential of 32.6 and 36.6 mV to reach a current density of 10 mA cm−2 under acidic and alkaline conditions, respectively, which is lower than that of Co or Ni single atoms. Density functional theory calculations revealed that the non-bonding configuration between the two metal atoms forms a synergistic effect to accelerate H* adsorption and desorption, thus optimizing the HER process. This paper provides a new method for the development of single atom catalysts.
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