Manipulating Interfacial Water Via Metallic Pt1Co6 Sites on Self‐Adaptive Metal Phosphides to Enhance Water Electrolysis

材料科学 电解水 电解质 电解 催化作用 离解(化学) 分解水 化学工程 金属 电催化剂 纳米孔 无机化学 电化学 纳米技术 物理化学 电极 化学 冶金 光催化 工程类 生物化学 有机化学
作者
Kang Jiang,Zhixiao Liu,Zhen Wang,Feng Xie,Xinyi Yuan,Yongwen Tan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (18): e2419644-e2419644 被引量:70
标识
DOI:10.1002/adma.202419644
摘要

Abstract Metallizing active sites to control the structural and kinetic dissociation of water at the catalyst–electrolyte interface, along with elucidating its mechanism under operating conditions, is a pivotal innovation for the hydrogen evolution reaction (HER). Here, a design of singly dispersed Pt–Co sites in a fully metallic state on nanoporous Co 2 P, tailored for HER, is introduced. An anion‐exchange‐membrane water electrolyzer equipped with this catalyst can achieve the industrial current densities of 1.0 and 2.0 A cm −2 at 1.71 and 1.85 V, respectively. It is revealed that the singly dispersed Pt–Co sites undergo self‐adaptive distortion under operating conditions, which form a Pt 1 Co 6 configuration with a strongly negative charge that optimizes reactant binding and reorganizes the interfacial water structure, resulting in an improved concentration of potassium (K + ) ions in the closest ion plane. The K + ions interact cooperatively with H 2 O (K·H 2 O), which strengthens the Pt–H binding interaction and facilitates the polarization of the H─OH bond, leading to improved HER activity. This study not only propels the advancement of cathodic catalysts for water electrolysis but also delineates a metallization strategy and an interface design principle, thereby enhancing electrocatalytic reaction rates.
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