Charge engineering in black phosphorene with tunable electronic structures as efficient oxygen evolution electrocatalyst

磷烯 电催化剂 析氧 电荷(物理) 氧气 材料科学 纳米技术 光电子学 化学 电极 电化学 物理 物理化学 有机化学 单层 量子力学
作者
Huating Liu,Zongyu Huang,Hui Qiao,Xiang Qi
出处
期刊:Physica E-low-dimensional Systems & Nanostructures [Elsevier BV]
卷期号:163: 116013-116013 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.physe.2024.116013
摘要

The unique electronic structure of layered black phosphorus (BP) makes it an ideal candidate material for electrocatalytic oxygen evolution reaction (OER). Charge doping effectively improves the environmental stability and catalytic activity of BP by providing electron transfer channels and reducing charge transfer barrier. Therefore, based on the first principles calculation, this paper theoretically discusses how the intrinsic charge doping without introducing impurities changes the electronic structure and improves the catalytic activity of BP. It is found that charge engineering can effectively regulate and change the electronic structure and work function by stimulating the hybridization between different P-p orbitals, while maintaining the direct bandgap semiconductor characteristics of monolayer BP system. More importantly, in the catalytic process of OER, electrons and hole doping as free charges provide different donor and acceptor energy levels for the system depending on the doping concentration, and affect the adsorption capacity of monolayer BP to different reaction intermediates. At a certain doping concentration, the carrier mobility increases significantly, and the optimal Gibbs free energy and overpotential can be achieved in monolayer BP. These results provide new opportunities and possibilities for designing charge-engineered BP catalysts with adjustable electronic structure and excellent OER activity.

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