Tailoring the Effects of Spin State and Intermediate Hydrogen Adsorption on NiPt/Ni Bridge Sites toward Robust Acidic Water Electrolysis

吸附 电解 桥(图论) 电解水 材料科学 无机化学 化学 化学工程 电极 电解质 物理化学 工程类 冶金 有机化学 医学 内科学
作者
Shan Li,Yue Feng,Hao Tan,Kai Zeng,Wenjun Fan,Kuanping Gong,Xingqiao Wu,Chaohua Dai,Weirong Chen,Xin Tan,Sean C. Smith,Yibing Li
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (37): 13956-13964 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c04035
摘要

Precise modulation of the electronic structure in transition metals, particularly the d-band center position and spin state, remains a critical challenge to expediting hydrogen evolution reaction (HER) kinetics. Herein, we report a NiPt/Ni-heterostructured catalyst enabling simultaneous optimization of the d-band electronic structure and spin state of Ni through regulation of the NiPt and Ni bridge sites. Combining operando spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy, density functional theory, and ab initio molecular dynamics simulations, we establish that the coordination environment and spin states of Ni at the bridge sites were effectively modulated by altering the Pt content, achieving a transition of Ni centers from the low-spin to high-spin state, and optimized intermediate adsorption/desorption behaviors. The resulting NiPt/Ni catalyst exhibits an exceptional HER performance in acidic media, achieving a benchmark current density of −10 mA cm –2 at a mere 9.8 mV overpotential and delivering an industrial-scale 1.0 A cm –2 current density in PEM electrolysis at 1.75 V.
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