Diversity of platinum-sites at platinum/fullerene interface accelerates alkaline hydrogen evolution

铂金 富勒烯 催化作用 材料科学 多样性(政治) 接口(物质) 化学 分子 生物化学 有机化学 吉布斯等温线 社会学 人类学
作者
Jiayi Chen,Mohammed Aliasgar,Fernando Buendía,Tianyu Zhang,Yilin Zhao,Xu Lian,Lan Wen,Haozhou Yang,Wenping Sun,Sergey M. Kozlov,Wei Chen,Lei Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1): 1711-1711 被引量:143
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37404-0
摘要

Abstract Membrane-based alkaline water electrolyser is promising for cost-effective green hydrogen production. One of its key technological obstacles is the development of active catalyst-materials for alkaline hydrogen-evolution-reaction (HER). Here, we show that the activity of platinum towards alkaline HER can be significantly enhanced by anchoring platinum-clusters onto two-dimensional fullerene nanosheets. The unusually large lattice distance (~0.8 nm) of the fullerene nanosheets and the ultra-small size of the platinum-clusters (~2 nm) leads to strong confinement of platinum clusters accompanied by pronounced charge redistributions at the intimate platinum/fullerene interface. As a result, the platinum-fullerene composite exhibits 12 times higher intrinsic activity for alkaline HER than the state-of-the-art platinum/carbon black catalyst. Detailed kinetic and computational investigations revealed the origin of the enhanced activity to be the diverse binding properties of the platinum-sites at the interface of platinum/fullerene, which generates highly active sites for all elementary steps in alkaline HER, particularly the sluggish Volmer step. Furthermore, encouraging energy efficiency of 74% and stability were achieved for alkaline water electrolyser assembled using platinum-fullerene composite under industrially relevant testing conditions.

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