Urchin-like CoP with Controlled Manganese Doping toward Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Both Acid and Alkaline Solution

密度泛函理论 化学 兴奋剂 无机化学 吸附 掺杂剂 吉布斯自由能 分解水 催化作用 物理化学 材料科学 有机化学 计算化学 热力学 光催化 物理 光电子学
作者
Yuancai Ge,Jiyi Chen,Hang Chu,Pei Dong,Steven R. Craig,Pulickel M. Ajayan,Mingxin Ye,Jianfeng Shen
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:6 (11): 15162-15169 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.8b03638
摘要

Splitting water to produce hydrogen through an efficient and low-cost way requires the development of catalysts based on earth-abundant elements. Using d-band theory to modify the band structure, we verified Mn atoms to be potent dopants to greatly reinforce the activity of urchin-like CoP, and this catalyst could reach a current density of 10 mA/cm2 with overpotentials of only 65 and 100 mV in acid and alkaline, which were much superior to that of pristine CoP and close to that of Pt/C catalyst. Also, the outperformance of its durability was tested for 20 h to maintain a current density of 10 mA/cm2. The increments of overpotentials were 2.4 and 1.1 mV in acid and alkaline, respectively. After introducing partial Mn atoms, the density functional theory calculation revealed that the Gibbs free energies of hydrogen adsorption (ΔGads,H) of Mn-doped CoP (−0.07 eV) was much smaller than pristine CoP (−0.157 eV). Furthermore, density of state analysis indicated that the strong interaction between Co atoms and Mn atoms lead the d-band of Co atom to a negative shift, which weakens the forceful adsorption between the hydrogen and Mn-doped CoP and expedited the release of produced hydrogen efficiently.
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