Mejora impulsada por presión química de la actividad evolutiva de hidrógeno de Ni2P a partir del dopaje de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de fosfuro de níquel (Ni2P) son prometedores para la reacción de evolución del hidrógeno (HER).
• La fuerte adsorción de hidrógeno en el sitio hueco de Ni3 limita la actividad catalítica de Ni2P.
• La terminación superficial del Ni2P ((0001)) es estable en condiciones electroquímicas moderadas.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto del dopaje superficial no metálico en la actividad HER del Ni2P (0001).
• Identificar los dopantes y las concentraciones óptimas para mejorar el rendimiento de HER.
• Comprender las relaciones estructura-actividad que rigen el HER en el Ni2P dopado.

Principales métodos:

• Se emplearon cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para modelar las superficies de Ni2P dopadas.
• Se calculó la energía libre de adsorción de hidrógeno para varios dopantes no metálicos.
• Se utilizó un algoritmo de aprendizaje automático forestal aleatorio regularizado para determinar la importancia del descriptor.

Principales resultados:

• Se encontró que tanto los no metales 2p como los calcógenos más pesados lograron una adsorción de hidrógeno casi termoneutral.
• Se determinó que la sustitución de calcógeno por el fósforo de superficie es energéticamente favorable (exergónica).
• El dopaje de azufre en concentraciones intermedias dio como resultado una energía libre de adsorción de hidrógeno de -0,11 eV, mejorando significativamente en la superficie sin dopaje (-0,45 eV).

Conclusiones:

• El dopaje superficial no metálico, particularmente con calcógenos como el azufre, puede mejorar efectivamente la actividad HER de los catalizadores de Ni2P.
• La longitud del enlace Ni-Ni surgió como el descriptor más crítico para la actividad de HER, lo que indica que los dopantes influyen en la reactividad a través de un efecto químico similar a la presión.
• Estos hallazgos ofrecen una vía para diseñar electrocatalizadores más eficientes para la producción de hidrógeno.