Atomically dispersed platinum supported on curved carbon supports for efficient electrocatalytic hydrogen evolution

过电位 催化作用 铂金 材料科学 石墨烯 化学工程 金属 碳纤维 分解水 纳米技术 化学 电极 电化学 复合材料 物理化学 光催化 工程类 有机化学 复合数 冶金
作者
Daobin Liu,Xiyu Li,Shuangming Chen,Huan Yan,Changda Wang,Chuanqiang Wu,Yasir A. Haleem,Sai Duan,Junling Lu,Binghui Ge,Pulickel M. Ajayan,Yi Luo,Jun Jiang,Li Song
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:4 (6): 512-518 被引量:1094
标识
DOI:10.1038/s41560-019-0402-6
摘要

Dispersing catalytically active metals as single atoms on supports represents the ultimate in metal utilization efficiency and is increasingly being used as a strategy to design hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts. Although platinum (Pt) is highly active for HER, given its high cost it is desirable to find ways to improve performance further while minimizing the Pt loading. Here, we use onion-like nanospheres of carbon (OLC) to anchor stable atomically dispersed Pt to act as a catalyst (Pt1/OLC) for the HER. In acidic media, the performance of the Pt1/OLC catalyst (0.27 wt% Pt) in terms of a low overpotential (38 mV at 10 mA cm−2) and high turnover frequencies (40.78 H2 s−1 at 100 mV) is better than that of a graphene-supported single-atom catalyst with a similar Pt loading, and comparable to a commercial Pt/C catalyst with 20 wt% Pt. First-principle calculations suggest that a tip-enhanced local electric field at the Pt site on the curved support promotes the reaction kinetics for hydrogen evolution. Isolating metal atoms on supports is becoming an increasingly studied approach to design water splitting electrocatalysts. Here, the authors prepare a hydrogen evolution catalyst comprising atomically dispersed Pt atoms on curved carbon supports, which outperform similar catalysts where the support is flat.
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