An Atomically Dispersed Pt Catalyst Anchored on an Fe/N/C Support for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction

塔菲尔方程 过电位 催化作用 材料科学 电化学 铂金 阴极 电解 制氢 化学工程 电极 化学 物理化学 工程类 有机化学 电解质 生物化学
作者
Haoyang Li,Guoliang Wang,Fengru Zhang,Liangliang Zou,Zhiqing Zou,Hui Yang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:124 (22): 11760-11766 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c01043
摘要

A highly efficient Pt-Fe/N/C catalyst with an ultralow Pt loading of 1.5 wt % is designed and synthesized based on a special iron and nitrogen co-doped carbon support (Fe/N/C). High-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy and extended X-ray absorption fine structure prove that the Pt is atomically dispersed in the Pt-Fe/N/C catalysts, leading to a high Pt utilization. The electrochemical results indicate that this Pt-Fe/N/C catalyst exhibits an excellent hydrogen evolution reaction (HER) performance, with a low overpotential of 51 mV at the current density of 10 mA cm–2 and a small Tafel slope of 48 mV dec–1, which are comparable with that of 20 wt % Pt/C. The enhanced performance can be ascribed to the intensive electron transfer between Pt atoms and the Fe and N co-doped substrate, resulting in an enhanced HER intrinsic activity. Furthermore, the Pt-Fe/N/C catalysts are applied as the cathode catalysts for water electrolysis, which exhibits an excellent performance of a low cell voltage of ∼1.8 V at 1 A cm–2 and a good stability for 100 h of continuous hydrogen production when the cathode Pt loading is reduced to only 4 μg cm–2. The study provides a general strategy to develop Pt atomically anchored electrocatalysts with low cost, high activity, and high stability.

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