Constructing N- and F-Dual-Doped Pt-Based Heterojunction Catalysts via Synergistic Electronic Modulation for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction Activity and CO Tolerance

催化作用 异质结 对偶(语法数字) 调制(音乐) 兴奋剂 氢 材料科学 光化学 化学 光电子学 物理 有机化学 声学 文学类 艺术
作者
Yu Hao,Dongfang Chen,Dongyi Pu,Song Hu,Pavese Doague Nguela,Pucheng Pei,Xiaoming Xu
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (6): 3745-3753 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c03350
摘要

The development of efficient and durable hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts is critical for sustainable energy conversion. Although platinum (Pt) serves as a benchmark HER catalyst, its practical application is hindered by the high cost, limited durability, and susceptibility to CO poisoning. In this work, we report a heterojunction Pt-based catalyst, Pt@NCL-MXene, synthesized by LiF etching of MXene and subsequent NH 3 calcination. This process introduces dual nitrogen (N) and fluorine (F) doping and yields a nitrogen-doped carbon layer (NCL) coating on Pt nanoparticles with an average size of only 3.4 nm. Compared with conventional Pt–C catalysts, Pt@NCL-MXene exhibits a larger specific surface area, enhanced electron transfer efficiency, and an optimized d-band center, thereby facilitating both H* adsorption and desorption. As a result, Pt@NCL-MXene achieves a significantly lower overpotential of 73 mV at a current density of 100 mA cm –2, alongside improved kinetics and stability under operational conditions. Furthermore, the 9 wt % F-rich MXene support effectively suppresses CO adsorption on Pt, reducing the CO uptake to 0.224 mmol g –1, which is purportedly lower than that of Pt–C (0.264 mmol g –1 ), thereby mitigating CO poisoning and prolonging the catalyst’s service life. These findings offer insights into the rational design of advanced CO-resistant Pt-based HER electrocatalysts.
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