Enhancing Built‐In Electric Field via Balancing Interfacial Atom Orbit Hybridization at Boride@Sulfide Heterostructure for Hydrogen Evolution Reaction

催化作用 密度泛函理论 解吸 异质结 化学 离解(化学) 材料科学 无机化学 吸附 物理化学 计算化学 光电子学 生物化学 有机化学
作者
Mengna Wang,Chuanchuan Yan,Tian‐Fu Liu,Shuo Wang,Ziqi Liao,Feifan Guo,Qi Wang,Zhenyu Li,Guoxiong Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (25): e202425657-e202425657 被引量:5
标识
DOI:10.1002/anie.202425657
摘要

Exploring nonprecious metal-based catalysts for cathodic hydrogen evolution reaction (HER) has facilitated the realization of hydrogen economy toward water electrolysis in alkaline media. However, the difficult water dissociation process for the Volmer step (H2O → H* + OH*) and the subsequent unsuitable OH* adsorption energy on nonprecious metal-based catalysts severely reduce the kinetics of HER. Herein, the universal synthesis for a series of transition metal (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W)-based boride@sulfide heterostructured catalysts is realized by using the molten-salt method to conduct the in situ boronization of commercial sulfides. Significantly, WB2@WS2 heterostructured catalyst exhibits excellent catalytic activity and stability for HER. Balancing interfacial atom orbit hybridization between W(d)-B(s,p) and W(d)-S(s,p) at WB2@WS2 heterostructured interface enhances the built-in electric field. In situ Raman spectroscopy and density functional theory calculation results reveal that the strong built-in electric field in WB2@WS2 optimizes the adsorption and desorption of OH* intermediate, reducing the energy barrier of the rate-determining step (OH* desorption step), and thus favoring the enhancement of catalytic performance toward HER.
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