A simple general descriptor for rational design of graphyne-based bifunctional electrocatalysts toward hydrogen evolution and oxygen reduction reactions

双功能 石墨 合理设计 密度泛函理论 催化作用 吉布斯自由能 吸附 化学 铂金 计算化学 组合化学 材料科学 双功能催化剂 氢键 纳米技术 分子 物理化学 热力学 有机化学 物理
作者
Yuan Yuan,Jun Ma,Hongqi Ai,Baotao Kang,Jin Yong Lee
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:592: 440-447 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.02.052
摘要

The high cost and relative scarcity of platinum (Pt) restrict large-scale commercialization of fuel cells, which has spurred researchers to develop low-cost alternatives integrating with high hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen reduction reaction (ORR) catalytic activity. Herein, we performed density functional theory (DFT) calculations to explore the electrocatalytic activity of graphyne nanotubes (GyNTs). Several GyNTs were found to be potential metal-free electrocatalysts, with both HER and ORR activity superior to Pt. Moreover, we revealed a linear relationship between the Gibbs free energy change of O2 adsorption (ΔGOOH) and binding energy of H adsorption (ΔEH), which could be attributed to the fact that both the CO bond of OOH adsorption and the CH bond of H adsorption are single bonds. Therefore, ΔEH is proposed as a general descriptor for the rational design of bifunctional graphyne materials toward HERs and ORRs. Our findings provide a simple strategy for the rational design of bifunctional materials.

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