Pd hydride metallene aerogels with lattice hydrogen participation for efficient hydrogen evolution reaction

催化作用 氢化物 过电位 解吸 吸附 材料科学 化学工程 化学 组合化学 电化学 物理化学 有机化学 电极 工程类
作者
Hengjia Wang,Ying Qin,Yu Wu,Yiwei Qiu,Ling Ling,Qie Fang,Canglong Wang,Liuyong Hu,Wenling Gu,Chengzhou Zhu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54601-7
摘要

Hydrogen adsorption and desorption in single-phase catalysts often occur at a single catalytic site based on the traditional hydrogen evolution reaction (HER) pathway, which makes it difficult to break the limitation entailed by the Sabatier principle. Herein, β-Pd hydride metallene (β-PdHene) aerogels are synthesized as advanced HER catalysts. A lattice hydrogen-involved mechanism is reported to separate adsorption and desorption sites, which is thermodynamically favorable compared to the traditional reaction pathway. In situ differential electrochemical mass spectrometry and theoretical calculations reveal that lattice hydrogen as additional active sites directly participate in the HER process. Consequently, β-PdHene aerogels exhibit a low overpotential of only 20 mV at 10 mA cm−2 and remarkable HER stability, which are even comparable to commercial Pt/C. Our work opens an avenue to rationally develop highly active HER catalysts, bypassing the design limitations of catalysts under traditional mechanisms. The rational design of hydrogen evolution catalysts is crucial for advancing green energy technologies. Here, the authors report a lattice hydrogen-involved mechanism on β-Pd hydride metallene aerogels, which separate adsorption and desorption sites and thus show enhanced electrocatalytic performance.
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