Role of Graphene on Ni/NiO for the Hydrogen Evolution Reaction

石墨烯 非阻塞I/O 密度泛函理论 材料科学 析氧 电化学 氧化还原 阳极 电解质 纳米颗粒 化学工程 纳米技术 化学 催化作用 冶金 物理化学 电极 计算化学 工程类 生物化学
作者
Michael E. Foster,Ian Kendrick,Sanjeev Mukerjee,Reese E. Jones
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:126 (38): 16158-16163 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.2c04033
摘要

The hydrogen evolution reaction (HER) in alkaline electrolytes is an effective and environmentally friendly strategy for producing H2; however, challenges relating to catalyst efficiency and longevity remain. Herein, density functional theory (DFT) is used to help explain why a protective graphitic layer on Ni0/NiOx nanoparticles helps prevent surface oxidation at ambient and anodic conditions and reduction (NiOx → Ni0) at the cathodic potential. We find that the work of adhesion of the graphitic layer to nickel-terminated surfaces is 2–3 times stronger than that to oxygen- or hydroxylated-terminated surfaces. Furthermore, we determined the additional energy required to remove a surface group/atom (O, OH and Ni) when protected by a graphitic layer. Our findings lead us to conclude that the graphitic layer will limit oxidation, help minimize the reduction of NiOx and favor the formation of Ni-rich surfaces. These findings provide a plausible explanation of how an ideal Ni0/NiOx ratio is maintained during HER, which is crucial for enhanced device performance and stability.

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