Unlocking Hydrogen‐Bond Network‐Mediated Directional Spillover Mechanism in Electrocatalytic Hydrogen Evolution

解耦(概率) 溢出效应 氢溢流 机制(生物学) 催化作用 缩放比例 化学 纳米技术 吸附 化学物理 材料科学 继电器 动力学 分解水 解吸 电极 电催化剂
作者
Linsen Li,Yuefei Li,Hong-Ying Zang,Shan Huang,Zhao Jiang,Jie Kong,Jiayuan Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e17583-e17583
标识
DOI:10.1002/anie.202517583
摘要

Abstract Hydrogen spillover offers a promising route to circumvent scaling relations in the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) by spatially decoupling the hydrogen adsorption and desorption steps. However, its practical application has been limited by sluggish spillover kinetics across heterogeneous interfaces. In this work, we propose a hydrogen‐bond (H‐bond) network‐mediated spillover mechanism that bypasses conventional interfacial mediation. Within this mechanism, active hydrogen species (H*) generated on one component sequentially enter the H‐bond network, undergo directional transport via Grotthuss‐type H* hopping along the network, and ultimately uptake onto another component. To realize this concept, we designed a Pt/g‐C 3 N 4 /CoP catalyst, in which Pt effectively enriches H* to establish a coverage gradient from Pt→g‐C 3 N 4 →CoP; g‐C 3 N 4 optimizes the proximity of the H‐bond network to facilitate H* shuttling and serves as H* relay sites; and CoP provides facile sites for H 2 desorption. This configuration enables efficient H‐bond network‐mediated spillover along the Pt→g‐C 3 N 4 →CoP pathway, achieving an ultrahigh Pt‐mass‐normalized HER activity of 175.0 A mg Pt −1 at −0.1 V vs. RHE in acidic medium. The mechanism elucidated here opens new avenues for catalyst design in multi‐step hydrogen‐involving electrocatalytic processes.
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