Tungsten Oxide/Carbide Surface Heterojunction Catalyst with High Hydrogen Evolution Activity

异质结 碳化钨 材料科学 催化作用 氧化物 碳化物 化学工程 无机化学 化学 光电子学 复合材料 冶金 有机化学 工程类
作者
Yanglansen Cui,Xin Tan,Kefeng Xiao,Shenlong Zhao,Nicholas M. Bedford,Yuefeng Liu,Zichun Wang,Kuang‐Hsu Wu,Jian Pan,Wibawa Hendra Saputera,Soshan Cheong,Richard D. Tilley,Sean C. Smith,Jimmy Yun,Liming Dai,Rose Amal,Dawei Wang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:5 (11): 3560-3568 被引量:103
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.0c01858
摘要

Tungsten carbide (WC) with imperfect structures determined by phase engineering and heteroatom doping has attracted a great deal of attention with respect to hydrogen evolution reaction (HER). However, less is known about its surface in HER. Herein, we report a tungsten oxide/carbide surface heterojunction catalyst (SHC) and reveal that the surface heterojunction that oscillates at HER potentials is responsible for high HER activity. This tungsten oxide/carbide SHC is active in both acidic (0.5 M H2SO4) and neutral [0.1 M phosphate buffer (pH 7.02)] electrolytes with a current density of 20 mA cm-2 at 0.32 mg cm-2 at overpotentials of-233 and-292 mV, respectively. From electron paramagnetic resonance spectroscopy and density functional theory calculations, we find that the surface heterojunction relaxed the adsorption of HER intermediates on WC. With in situ X-ray absorption spectroscopy, we are able to relate the HER activity to the bias-stimulated oscillation of the surface oxide/carbide heterojunction, which reflects the strong interfacial electronic coupling. This bias-oscillating surface heterojunction is thus suggested as a unique structural descriptor for WC-based HER catalysts, and the finding could be useful to other SHCs.
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