Defect and Doping Engineered Penta-graphene for Catalysis of Hydrogen Evolution Reaction

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作者
Jinbo Hao,Wei Feng,Xinhui Zhang,Long Li,Chunling Zhang,Dan Liang,Xiao‐Guang Ma,Pengfei Lu
出处
期刊:Nanoscale Research Letters [Springer Nature]
卷期号:16 (1): 130-130 被引量:31
标识
DOI:10.1186/s11671-021-03590-3
摘要

Abstract Water electrolysis is a sustainable and clean method to produce hydrogen fuel via hydrogen evolution reaction (HER). Using stable, effective and low-cost electrocatalysts for HER to substitute expensive noble metals is highly desired. In this paper, by using first-principles calculation, we designed a defect and N-, S-, P-doped penta-graphene (PG) as a two-dimensional (2D) electrocatalyst for HER, and its stability, electronic properties and catalytic performance were investigated. The Gibbs free energy (Δ G H ), which is the best descriptor for the HER, is calculated and optimized, the calculation results show that the Δ G H can be 0 eV with C2 vacancies and P doping at C1 active sites, which should be the optimal performance for a HER catalyst. Moreover, we reveal that the larger charge transfer from PG to H, the closer Δ G H is to zero according to the calculation of the electron charge density differences and Bader charges analysis. Ulteriorly, we demonstrated that the HER performance prefers the Volmer–Heyrovsky mechanism in this study.
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