Interaction Mediator Assisted Synthesis of Mesoporous Molybdenum Carbide: Mo-Valence State Adjustment for Optimizing Hydrogen Evolution

价(化学) 介孔材料 材料科学 碳化物 催化作用 电催化剂 密度泛函理论 化学物理 化学工程 化学 物理化学 计算化学 电化学 电极 冶金 有机化学 工程类
作者
Seongbeen Kim,Changhyeok Choi,Jongkook Hwang,Jin‐Kyu Park,Jooyoung Jeong,Hyunwoo Jun,Seonggyu Lee,Soo‐Kil Kim,Jong Hyun Jang,Yousung Jung,Jinwoo Lee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 4988-4999 被引量:108
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c01285
摘要

To overcome inherent limitations of molybdenum carbide (MoxC) for hydrogen evolution reaction (HER), i.e., low density of active site and nonideal hydrogen binding strength, we report the synthesis of valence-controlled mesoporous MoxC as a highly efficient HER electrocatalyst. The synthesis procedure uses an interaction mediator (IM), which significantly increases the density of active site by mediating interaction between PEO-b-PS template and Mo source. The valence state of Mo is tuned by systematic control of the environment around Mo by controlled heat treatment under air before thermal treatment at 1100 °C. Theoretical calculations reveal that the hydrogen binding is strongly influenced by Mo valence. Consequently, MoxC achieves a significant increase in HER activity (exceeding that of Pt/C at high current density ∼35 mA/cm2 in alkaline solution). In addition, a volcano-type correlation between HER activity and Mo valence is identified with various experimental indicators. The present strategies can be applied to various carbide and Mo-based catalysts, and the established Mo valence and HER relations can guide development of highly active HER electrocatalysts.
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