Modulating the d‐Band Center Enables Ultrafine Pt3Fe Alloy Nanoparticles for pH‐Universal Hydrogen Evolution Reaction

材料科学 金属间化合物 催化作用 合金 纳米颗粒 离解(化学) 吸附 电催化剂 电解质 化学工程 介孔材料 无机化学 物理化学 纳米技术 化学 电化学 冶金 有机化学 电极 工程类
作者
Panyong Kuang,Zhenrui Ni,Bicheng Zhu,Yue Lin,Jiaguo Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (41) 被引量:150
标识
DOI:10.1002/adma.202303030
摘要

By providing dual active sites to synergistically accelerate H2 O dissociation and H+ reduction, ordered intermetallic alloys usually show extraordinary performance for pH-universal hydrogen evolution reaction (HER). Herein, activated N-doped mesoporous carbon spheres supported intermetallic Pt3 Fe alloys (Pt3 Fe/NMCS-A), as a highly-efficient electrocatalyst for pH-universal HER, are reported. The Pt3 Fe/NMCS-A exhibits low overpotentials (η10 ) of 13, 29, and 48 mV to deliver 10 mA cm-2 in 0.5 m H2 SO4 , 1.0 m KOH, and 1.0 m phosphate buffered solution (PBS), respectively, as well as robust stability to maintain the overall catalytic performances. Theoretical studies reveal that the strong Pt 5d-Fe 3d orbital electronic interactions negatively shift the d-band center (εd ) of Pt 5d orbital, resulting in reduced H* adsorption energy of Pt sites and enhanced acidic HER activity. With Pt and Fe acting as co-adsorption sites for H* and *OH intermediates, respectively, a low energy barrier is required for Pt3 Fe/NMCS-A to dissociate H2 O to afford H* intermediates, which greatly promotes the H* adsorption and H2 formation in alkaline and neutral conditions. The synthetic strategy is further extended to the synthesis of Pt3 Co and Pt3 Ni alloys with excellent HER activity in pH-universal electrolytes, demonstrating the great potential of these Pt-based alloys for practical applications.
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