Synergistic effect between platinum single atoms and oxygen vacancy in MoO2 boosting pH-Universal hydrogen evolution reaction at large current density

塔菲尔方程 催化作用 电解质 电催化剂 化学 铂金 氢 交换电流密度 钼 无机化学 材料科学 物理化学 电极 电化学 生物化学 有机化学
作者
Yu Qiu,Shuangquan Liu,Cong Wei,Jianxiong Fan,Yao Hu,Lanxin Dai,Gongming Wang,Hong Li,Bao‐Lian Su,XiaoHui Guo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:427: 131309-131309 被引量:86
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.131309
摘要

Single-atomic or cluster-based precious metals provide an effective pathway to minimize the cost of catalysts. However, its stability at large current density is still a major hurdle to satisfy practical requirements for electrocatalytic Hydrogen evolution reaction (HER). Herein, we successfully anchored Pt single atoms (Pt SAs) in the oxygen vacancies (Ovac) of Molybdenum dioxide (MoO2) as advanced HER electrocatalyst. Experimental and theoretical calculations results reveal that the Ovac can not only stabilize Pt SAs, but also modulate the electronic structure of the active site, enabling Pt SAs/MoO2 to exhibit superior HER activity in a wide pH electrolyte at large current density. Especially, the 1.1 wt% Pt SAs/MoO2 deliver ultralow overpotentials (9.3, 14, and 16 mV at 10 mA cm−2) and small Tafel slopes (28.78, 36.86, and 65.18 mV dec-1) in acidic, alkaline, and neutral electrolytes, respectively. Moreover, it displays significantly enhanced mass activity of up to 28, 32, and 56 times compared to the benchmark 20 wt% Pt/C catalyst, and outstanding long-term durability (~200 h) at large current density of −1000 mA cm−2. The significantly improved HER performances are mainly ascribed to the synergistic catalytic effects of between Pt SAs and Ovac in MoO2. These impressive findings can provide insights into the rational design of electrocatalysts that used for future clean energy utilization.
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