Mechanistic Study of Monolayer NiP2 (100) toward Solar Hydrogen Production

催化作用 密度泛函理论 空位缺陷 单层 材料科学 兴奋剂 化学工程 化学 结晶学 纳米技术 计算化学 冶金 复合材料 有机化学 光电子学 工程类
作者
Jun Hu,Xin Zhao,Wei Chen,Shunli Zheng,Zhong Chen
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:4 (8) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/solr.201900360
摘要

Understanding the catalytic mechanism at the molecular level is critical to the design and exploration of new materials for solar hydrogen production. Herein, the catalytic activity toward hydrogen evolution reaction (HER) is surveyed for all low‐index surfaces of different nickel phosphides (Ni 3 P, Ni 12 P 5 , Ni 2 P, Ni 5 P 4 , NiP, NiP 2 , and NiP 3 ). It is found that the surface P atoms with only one single PP bond possess excellent HER activity. Accordingly, a monolayer NiP 2 (100) is explored as the cathode material. Comprehensive density functional theory study is used to verify the HER activity of this material, including the effect of vacancy and doping. Defect‐free and Zn‐doped monolayer NiP 2 (100) are found to possess excellent HER activity and thermodynamic stability. This crystal facet also has a high density of active sites (0.126 N Å −2 under an applied over‐potential of 200 mV), which is very close to the Pt (111) surface (0.132 N Å −2 ). The low surface energy and strengthened bonding imply that the monolayer NiP 2 (100) can be stable and easy to synthesize. This finding not only promotes a comprehensive understanding of Ni x P y material toward its catalytic activity for HER, but also suggests a possible new material for the experimentalist in the field.
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