Cross‐Scale Process Intensification of Spindle CuO Supported Tungsten Single‐Atom Catalysts toward Enhanced Electrochemical Hydrogen Production

材料科学 电化学 催化作用 制氢 Atom(片上系统) 比例(比率) 化学工程 纳米技术 冶金 电极 物理化学 有机化学 工程类 嵌入式系统 物理 化学 量子力学 计算机科学
作者
Chaoqun Chang,Xiaodong Li,Shizhong Wei,Zhao Yang,Lihua Gong,Yonghui Zhang,Jian Liu,Feilong Gong
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
被引量:4
标识
DOI:10.1002/aenm.202402825
摘要

Abstract Process intensification engineering of electrocatalysts is crucial to facilitate electrocatalytic reaction, while its cross‐scale modulation is of great challenge. Herein, the spindle CuO supported tungsten single‐atom catalysts (W SACs) with tunable mesoscale electric field and atomic‐scale coordination structure are reported toward enhanced electrochemical hydrogen evolution process. Finite element analysis indicates the mesoscale electric field can be enhanced by tailoring the tip angle of spindle configuration from 74° to 27°, enhancing hydrogen production rate by 5 times. Based on the density functional theory calculations, the configuration regulation also triggers the increase of coordination number of W–O, which increases charge transfer and downshifts d‐band center, stabilizing W sites and optimizing hydrogen desorption process. The optimized W SA /CuO‐27 exhibits much better hydrogen evolution activity (η 100 = 94 mV) and stability (200 mA cm −2 for 120 h) than as‐prepared W SA /CuO‐56 and W SA /CuO‐74 analogues. Impressively, the anion exchange membrane electrolyzer fabricated with the W SA /CuO‐27 presents excellent activity comparable to that of commercial electrocatalysts, and also delivers an ultra‐low attenuation of 0.085 mA cm −2 h −1 at 300 mA cm −2 after continuous electrocatalysis for 120 h. This work inspires the design of high‐efficiency supported metal catalysts for electrochemical synthesis via the cross‐scale process intensification engineering.
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