Defective Biphenylene as High-Efficiency Hydrogen Evolution Catalysts

化学 催化作用 制氢 分解水 吉布斯自由能 空位缺陷 联苯 化学物理 纳米技术 化学工程 热力学 结晶学 材料科学 有机化学 物理 工程类 光催化 聚合物 亚苯基
作者
Yi Luo,Yiqiang He,Yunfei Ding,Lijie Zuo,Chengyong Zhong,Yinchang Ma,Minglei Sun
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (2): 1136-1141 被引量:98
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c03503
摘要

Electrocatalysts play a pivotal role in advancing the application of water splitting for hydrogen production. This research unveils the potential of defective biphenylenes as high-efficiency catalysts for the hydrogen evolution reaction. Using first-principles simulations, we systematically investigated the structure, stability, and catalytic performance of defective biphenylenes. Our findings unveil that defect engineering significantly enhances the electrocatalytic activity for hydrogen evolution. Specifically, biphenylene with a double-vacancy defect exhibits an outstanding Gibbs free energy of -0.08 eV, surpassing that of Pt, accompanied by a remarkable exchange current density of -3.08 A cm-2, also surpassing that of Pt. Furthermore, we find the preference for the Volmer-Heyrovsky mechanism in the hydrogen evolution reaction, with a low energy barrier of 0.80 eV. This research provides a promising avenue for developing novel metal-free electrocatalysts for water splitting with earth-abundant carbon elements, making a significant step toward sustainable hydrogen production.
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