M <sub>4</sub> B <sub>6</sub> X <sub>6</sub> as a New Family of High‐Efficient Electrocatalysts: The Role of Surface Reconstruction in Water Oxidization

过电位 电催化剂 析氧 催化作用 分解水 材料科学 量子化学 纳米技术 制作 化学物理 化学工程 化学 物理化学 光催化 分子 电化学 电极 工程类 医学 病理 生物化学 有机化学 替代医学
作者
Haoyun Bai,Shiying Shen,Feifei Li,Jiazhong Geng,Wenlin Feng,Hongchao Liu,Weng Fai Ip,Yunhao Lu,Hui Pan
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:15 (12) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/cssc.202200280
摘要

Searching for highly-efficient electrocatalysts for water splitting has been greatly endowed due to the huge demand for green energy sources. Two-dimensional (2D) materials are widely explored for the purpose because of their unique physical and chemical properties, abundant active sites, and easy fabrication. Here, we present a new family of 2D M4 B6 X6 (2D Boridenes) and investigate their physical and chemical properties for their potential applications into electrocatalysis based on first-principles calculations. We demonstrate that 2D M4 B6 X6 (M=Cr, Mo, and W; X=O and F) are dynamically, thermodynamically, and mechanically stable, and show intriguing electronic and catalytic properties. Importantly, we find that M4 B6 O6 are intrinsically active for oxygen evolution reaction (OER). Our results demonstrate that: (1) the adsorbate-escape mechanism dominates the OER process with a low overpotential of 0.652 V on Cr4 B6 O6 ; (2) the partial surface-oxidization can improve the catalytic performance of M4 B6 F6 dramatically; and (3) the surface reconstruction greatly affects the OER performance of M4 B6 X6 . Our findings illustrate that the surface reconstruction is critical to the OER activity, which may provide a new strategy on the design of 2D materials for electrocatalysis and offer theoretical insight into the catalytic mechanism.
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