Polarizable Vanadium Dipoles Promote Water Dissociation on Vanadium‐Based Metal Organic Framework

反键分子轨道 材料科学 离解(化学) 化学物理 未成对电子 分子 偶极子 钒 水的自电离 金属有机骨架 氢键 极化率 费米能级 电子结构 分解水 吸附 无机化学 光化学 电子 电催化剂 密度泛函理论 碱金属 化学键 金属 氢 结晶学 过渡金属 极化(电化学) 物理化学 水二聚体 三原子分子
作者
Xinjuan Liu,Jun Xu,Minmin Fan,Jingcheng Xu,Mengyuan Li,Yun Gong,Weiwei Yang,Lei Li,Yong Zhou,Deqiang Zhao,Yuhua Xue,Xingtao Xu,Chang Q. Sun,Liming Dai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (78)
标识
DOI:10.1002/adfm.202526170
摘要

ABSTRACT Understanding the link between local electronic structure and water dissociation is important for making good working, pH‐universal electrocatalysts. Here, we describe phosphorus‐added vanadium‐containing metal‐organic framework (P@V‐MOF) nanosheets that show great hydrogen evolution activity in acid, neutral, and alkaline solutions. Using BOLS‐NEP theory, XPS, PRS, XAS, and DFT calculations, we show that P atoms create V─P─C bonding, make V─O bonds longer, and cause antibonding V δ + dipoles, which moves the V 3d‐band center closer to the Fermi level. The polarization of unpaired V 3d electrons help V δ + :O─H hydrogen bond formation to weaken the H─O bonds in water, which lowers the water dissociation and * H adsorption energy. P@V‐MOF electrocatalyst shows low overpotentials (94 mV in acid, 178 mV in neutral, and 77 mV in alkaline solutions) and good stability for overall water splitting (1.53 V at 10 mA cm −2 ). These findings show the importance of hetero‐coordination and dipolar coupling to activite water molecules and develop effective, non‐noble‐metal electrocatalysts.
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