Boosting hydrogen evolution activity of transition meta-nitrogen embedded graphene through introducing secondary transition metal

材料科学 石墨烯 催化作用 过渡金属 原子单位 电化学 制氢 电解质 化学物理 纳米技术 化学工程 物理化学 电极 化学 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
S.S. Liu,Q.Y. Huang,Lianli Wang,Erhong Song,Beibei Xiao
出处
期刊:Surfaces and Interfaces [Elsevier]
卷期号:29: 101714-101714 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.surfin.2021.101714
摘要

Exploring highly efficient catalysts for the electrochemical hydrogen evolution reaction (HER) is highly demanded in the sustainable production of hydrogen. Herein, we report a feasible strategy to create the atomic-scale dual sites in functional graphene via introducing the secondary TM dopant into the TMN 4 pre-embedded graphene, termed as TM a N 4 /TM b for simplification. According to the free energy analysis, we identify two homogenous combinations of Mn a N 4 /Mn b and Fe a N 4 /Fe b wherein the free energies of hydrogen adsorption are 0.08 and 0.04 eV for Mn a N 4 /Mn b meanwhile 0.00 and -0.01 eV for Fe a N 4 /Fe b , respectively, indicating the significant improvement in comparison with the separated components. Furthermore, the reaction barriers of H 2 O splitting are 1.62 and 1.08 for Mn a N 4 /Mn b and Fe a N 4 /Fe b , revealing the relative better proton supply of the latter under alkaline electrolyte. Furthermore, the binding energies are -6.00 and -5.71 eV for Mn a N 4 /Mn b meanwhile -6.63 and -5.70 eV for Fe a N 4 /Fe b , respectively, which substantially exceed the corresponding cohesive energies and thereby avoid the atom clustering. Therefore, the interatomic bonding of dual active sites as a chemical facilitator paves a novel route for the design of efficient catalysts at the atomic scale.

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