Correlation between d Electrons and the Sweet Spot for the Hydrogen Evolution Reaction: Is Platinum Always the Best Electrocatalyst?

化学 电催化剂 铂金 电子 无机化学 物理化学 电化学 催化作用 电极 有机化学 核物理学 物理
作者
Tong Tong Hao,Si-Jia Guan,Dong Zhang,Peng Zhang,Yu Cao,Jianhua Hou,Nian‐Tzu Suen
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c04601
摘要

Herein, two Laves intermetallic series, ZrCo1.75M0.25 and NbCo1.75M0.25 (M = Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt), were synthesized, and their hydrogen evolution reaction (HER) activities were examined to reveal the influence of d electrons to the corresponding HER activities. Owing to the different electronegativity between Zr and Nb (χZr = 1.33; χNb = 1.60), Co and/or M elements receive more electrons in ZrCo1.75M0.25 than that of the Nb one. This leads to the overall weak H adsorption energy (ΔGHad) of ZrCo1.75M0.25 series compared to that of NbCo1.75M0.25 and rationalizes well the superior HER activity of the Rh member compared to that of the Pt one in the ZrCo1.75M0.25 series. Under industrial conditions (333 K, 6.0 M KOH), ZrCo1.75Rh0.25 only requires an overpotential of 110 mV to reach the current density of 500 mA/cm2 and can be operated at high current density over 400 h. This work demonstrates that with a proper combination between elements in intermetallic phases, one can manipulate d electrons of the active metal to be closer to the sweet spot (ΔGHad = 0). The Pt member may no longer exhibit the best HER activity in series, and all elements exhibit the potential to outperform the Pt member in the HER with careful control of the d electron population.
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