Electrocatalyst Design: Directional Proton Drift via Free Energy Gradient Leading to Enhanced Hydrogen Evolution Reaction

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作者
Aashi,Ritika Saroha,Anand Narayanan,Vikas Pundir,Rohit Bisht,Rabia Garg,Rajinder Kumar,Ramandeep Singh,Rajashri Urkude,Swastika Banerjee,Vivek Bagchi
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:26 (14): 4589-4598
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c06134
摘要

Large-scale green hydrogen production via the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) in alkaline media is often limited by the sluggish Volmer step. Herein, we present a HER catalyst, engineered by depositing Fe1Co1 alloy onto a Ni3S2 substrate. This architecture promotes directional proton drift from the proton-accepting alloy to Ni3S2, driven by a Gibbs free energy gradient, thereby enhancing hydrogen desorption and accelerating HER kinetics. The minimal work function difference (ΔΦ ≈ 0.05 eV) between the alloy and substrate ensures optimal interfacial charge distribution, while the heterogeneous interface generates distinct active sites for hydrogen adsorption and efficient migration. As a result, the catalyst achieves 10 mA cm–2 at an overpotential of only 66 mV and maintains an outstanding durability, operating for 200 h at 100 mA cm–2. Ab initio calculations confirm that the Fe1Co1–Ni3S2 interface lowers both thermodynamic and kinetic barriers for water dissociation and fine-tunes hydrogen intermediate binding, leading to rapid desorption.
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