D-band center optimization of iron carbide via Cr substitution for enhanced alkaline hydrogen evolution

材料科学 替代(逻辑) 碳化物 中心(范畴论) 冶金 结晶学 有机化学 化学 程序设计语言 计算机科学
作者
Yu Zhang,Yuefeng Zhang,Bin Tian,Hao Li,Zhiyuan Zeng,Derek Ho
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:29: 101133-101133 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2022.101133
摘要

Iron carbide (Fe3C) with metallic properties is a good candidate for water oxidation. However, it exhibits poor performance toward hydrogen evolution reaction (HER) due to weak hydrogen desorption induced by an unfavorable d-band center energy level of the Fe site. In this work, we present a new technique for enhancing alkaline hydrogen evolution through tuning the d-band center energy level. A Cr-doped Fe3[email protected] core–shell structure grown on a N-doped graphitic framework (Cr–Fe3[email protected]) is presented, demonstrating high HER activity. Cr–Fe3[email protected] with the optimal Cr doping level of 0.81 wt% exhibits an overpotential of 126 mV at 10 mA cm−2, which is substantially lower than that of the pristine Fe3[email protected] (257 mV). Experimental results and density functional theory calculations both suggest that Cr doping downshifts the d-band center energy level, which accelerates hydrogen desorption from the Fe sites, thus improving HER performance. This work may open a key avenue for the optimization of Fe3C-based HER electrocatalysts via modulation of the d-band energy level.
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