Ordered PtMn Intermetallic with Electron‐Rich Pt Sites and Mn‐Facilitated H 2 O Activation for Durable Alkaline Industrial Hydrogen Production

过电位 材料科学 金属间化合物 催化作用 吸附 离解(化学) 铂金 密度泛函理论 氢 电子转移 制氢 无机化学 化学工程 分解水 离子 活化能 退火(玻璃) 离子交换
作者
Chaoqun Ma,Fukai Feng,Yuanqiang Yang,Caihong He,Huaifang Zhang,Xiao Ma,Gang Lin,Yingxue Du,Yonghui Ren,Sumei Han,Wenbin Cao,Xiangmin Meng,Yang Song,Qinbai Yun,Jing Xia,Lijie Zhu,Qipeng Lu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (15) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202519471
摘要

Abstract Platinum (Pt)‐based catalysts are recognized as highly efficient electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER), primarily due to their moderate adsorption energy for *H intermediates. However, the weak adsorption of H 2 O and high dissociation energy barrier in alkaline media hinder the overall catalytic efficiency of Pt‐based catalysts. Herein, ordered PtMn and Pt 3 Mn intermetallic compounds on carbon black (i.e., PtMn/C and Pt 3 Mn/C), demonstrating exceptional HER performance in both alkaline and acidic electrolytes, are designed and synthesized. Notably, the prepared PtMn/C with electron‐rich Pt sites exhibits superior HER performance, achieving a low overpotential of 17 mV at 10 mA cm −2 in alkaline media, outperforming Pt 3 Mn/C (21 mV), commercial Pt/C (27 mV), and most previously reported HER electrocatalysts. Density functional theory calculations demonstrate that incorporated Mn enhances H 2 O adsorption and reduces the energy barrier of H 2 O dissociation. Meanwhile, the electron transfer from Mn to Pt downshifts the d‐band center of Pt, thereby optimizing the *H adsorption energy and facilitating H 2 desorption, which synergistically boosts alkaline HER performance. Additionally, PtMn/C is integrated into an anion exchange membrane water electrolyzer, demonstrating exceptional performance with a current density of 1 A cm −2 at only 1.77 V and exhibiting negligible degradation over 500 h of continuous operation.
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