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Identification of active sites available for hydrogen evolution of Single-Atom Ni1/TiO2 catalysts

催化作用 活动站点 密度泛函理论 Atom(片上系统) 吸附 氢原子 化学 钝化 过渡金属 化学物理 金属 物理化学 材料科学 计算化学 纳米技术 群(周期表) 有机化学 嵌入式系统 生物化学 图层(电子) 计算机科学
作者
Hai Bi,Lei Zhang,Zhao-Yang Wang,Gang Zhou
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:579: 152139-152139 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.152139
摘要

Using density functional theory calculations, we identify the active sites for hydrogen evolution of single-atom Ni supported on TiO2, Ni1/TiO2, catalysts (SACs). Strong binding to 2-coordinated O atoms (O2c) inhibits the dimerization of Ni atoms on the TiO2 (1 0 1) surface. Nudged elastic band calculations show that hydrogen evolution reactions can occur on SA Ni and its surrounding O atoms, which are believed to be the active sites. Free energy changes of hydrogen adsorption reveal that the hydrogen evolution activity of Ni1/TiO2 is roughly comparable to that of Pt, especially after H passivation. A significant electron transfer from SA Ni to O2c weakens the Ni-H bond and the O-H bond in the reaction. Free energy prediction and reaction simulation are consistent in identifying active sites and processes of hydrogen evolution, both of which can be combined for the rational design of SACs. Our work also suggests that the strategy of SACs based on metal oxides could potentially open the way to the design of HER catalysts using transition metals instead of noble metals.
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