Tailoring a local acid-like microenvironment for efficient neutral hydrogen evolution

塔菲尔方程 过电位 催化作用 电化学 金属 制氢 化学 材料科学 化学工程 无机化学 纳米技术 物理化学 有机化学 电极 工程类
作者
Xiaozhong Zheng,Xiaoyun Shi,Honghui Ning,Rui Yang,Bing Lu,Qian Luo,Shanjun Mao,Lingling Xi,Yong Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:74
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39963-8
摘要

Electrochemical hydrogen evolution reaction in neutral media is listed as the most difficult challenges of energy catalysis due to the sluggish kinetics. Herein, the Ir-HxWO3 catalyst is readily synthesized and exhibits enhanced performance for neutral hydrogen evolution reaction. HxWO3 support is functioned as proton sponge to create a local acid-like microenvironment around Ir metal sites by spontaneous injection of protons to WO3, as evidenced by spectroscopy and electrochemical analysis. Rationalize revitalized lattice-hydrogen species located in the interface are coupled with Had atoms on metallic Ir surfaces via thermodynamically favorable Volmer-Tafel steps, and thereby a fast kinetics. Elaborated Ir-HxWO3 demonstrates acid-like activity with a low overpotential of 20 mV at 10 mA cm-2 and low Tafel slope of 28 mV dec-1, which are even comparable to those in acidic environment. The concept exemplified in this work offer the possibilities for tailoring local reaction microenvironment to regulate catalytic activity and pathway.
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