First-Principles Calculations and Machine Learning of Hydrogen Evolution Reaction Activity of Nonmetallic Doped β-Mo2C Support Pt Single-Atom Catalysts

材料科学 催化作用 Atom(片上系统) 兴奋剂 物理化学 氢原子 化学工程 纳米技术 群(周期表) 光电子学 有机化学 计算机科学 工程类 嵌入式系统 化学
作者
Minhui Song,Mei Yang,Shuo Yang,Kai Wang,Chenyang Cao,Hongfei Li,Xiao‐Xu Wang,Panpan Gao,Ping Qian
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (41): 55296-55305 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c10705
摘要

The most widely used catalyst for the hydrogen evolution reaction (HER) is Pt, but the high cost and low abundance of Pt need to be urgently addressed. Single-atom catalysts (SACs) have been an effective means of improving the utilization of Pt atoms. In this work, we used a nonmetal (NM = B, N, O, F, Si, P, S, Cl, As, Se, Br, Te, and I) doped β-Mo2C (100) C-termination surface as the support, with Pt atoms dispersed on the support surface to construct Pt@NM-Mo2C. Using density functional theory (DFT) calculations, we selected catalysts with excellent HER activity. Among 117 candidate catalysts, 49 catalysts exhibited ideal catalytic performance with Gibbs free energy of hydrogen intermediate (H*) adsorption (ΔGH*) values less than 0.2 eV. The ΔGH* values of 16 catalysts were even lower than that of Pt (ΔGH* ≈ 0.09 eV), with PtI@N2/4-a-Mo2C demonstrating the best performance (ΔGH* = -0.01 eV). Combined with electronic structure analysis, we could understand the impact of charge transfer between Pt and the underlying NM atoms on the strength of the Pt-H bond, thereby promoting HER activity. Using machine learning (ML), we identified that the primary influencing factors of the HER catalytic activity in the Pt@NM-Mo2C system were the Bader charge transfer of Pt (NePt), the d-band center of Pt (εdPt), and the atomic radius of NM (RNM), with NePt having the greatest impact on the HER catalytic activity.
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