Metal-free two-dimensional phosphorus carbide as an efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction comparable to platinum

材料科学 电催化剂 铂金 碳化物 非金属 密度泛函理论 吸附 化学物理 化学工程 金属 无机化学 纳米技术 电化学 冶金 计算化学 催化作用 物理化学 电极 有机化学 化学 工程类
作者
Xiongyi Liang,Chi‐Man Lawrence Wu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:71: 104603-104603 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104603
摘要

The development of effective metal-free electrocatalytic for hydrogen evolution reaction (HER) to substitute precious Pt based catalyst has attracted massive research interests. Herein, we report a density functional theory (DFT) investigation on activation and optimization of a new metal-free two-dimensional (2D) material, namely, phosphorus carbide (β-PC) monolayer as efficient HER electrocatalysts by applying reasonable C-vacancies and strain. Our theoretical results show that the C-vacancies introduce in-gap states, thus significantly increase the electrical conductance and hydrogen binding strength, which are favorable for HER process. The hydrogen adsorption free energies (ΔGH) can be effectively controlled by strain and C-vacancies concentration. Appropriate combinations of strain and C-vacancies concentration can achieve optimal conditions of ΔGH ≈ 0 and excellent exchange current density, suggesting a superior catalytic activity comparable to Pt. Moreover, the physico-chemical origin of defect and strain on nonmetal-H bonding were rationalized by establishing a linear relationship between hydrogen adsorption strength and the intrinsic electronic structure of β-PC. Our work offers a new promising metal-free catalyst for HER and reveals profound insights into the bonding mechanisms of nonmetal-H bond to guide the atomic design of more efficient metal-free electrocatalysts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
温暖的寄松完成签到,获得积分10
刚刚
Zee1y发布了新的文献求助10
刚刚
乐乐应助飞舞的青鱼采纳,获得10
刚刚
轻松的尔风完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
祁絢完成签到 ,获得积分10
2秒前
meanfun发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
3秒前
3秒前
4秒前
DW应助大力的猕猴桃采纳,获得10
4秒前
HCB1完成签到,获得积分20
4秒前
haishixigua完成签到,获得积分0
4秒前
4秒前
KD发布了新的文献求助30
5秒前
Jalynn驳回了Hello应助
5秒前
科研通AI6.2应助ren80522采纳,获得10
5秒前
5秒前
向南发布了新的文献求助10
7秒前
Owen应助任性友灵采纳,获得10
8秒前
HCB1发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
大个应助尧凯采纳,获得10
8秒前
yechangzhou完成签到,获得积分10
9秒前
white完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
零零发布了新的文献求助10
10秒前
12秒前
顾矜应助dijla采纳,获得30
13秒前
DW应助kaka采纳,获得10
13秒前
坚强夜白发布了新的文献求助20
13秒前
13秒前
14秒前
DW应助Mr_Cleveland采纳,获得10
14秒前
15秒前
小蘑菇应助Qiaoguliang采纳,获得10
15秒前
15秒前
JamesPei应助石榴汁的书采纳,获得10
16秒前
16秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
HYDROLYSE ACIDE DE QUELQUES DIOXASPIROCYCLANES 1314
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 700
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7742787
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9290987
关于积分的说明 20205402
捐赠科研通 7321337
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3307194
关于科研通互助平台的介绍 2459119
邀请新用户注册赠送积分活动 2317750