Evolución del hidrógeno intermedio en un espacio bidimensional limitado entre el grafeno y el au

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Ciencias de la superficie

Sus antecedentes:

• El Au cubierto de grafeno (111) (Gr/Au111) exhibe una mayor actividad catalítica para la evolución del hidrógeno en comparación con el Au111 desnudo o el grafeno.
• La actividad aumentada se atribuye a un estado único de hidrógeno confinado entre las capas de grafeno y Au.

Objetivo del estudio:

• Investigar el mecanismo detrás de la mejora de la actividad de la evolución del hidrógeno de Gr/Au{111) en electrolitos alcalinos.
• Caracterizar las especies de hidrógeno confinado y determinar las propiedades termodinámicas de su deposición.

Principales métodos:

• Voltametría cíclica para evaluar la actividad electroquímica y medir las propiedades termodinámicas.
• Espectroscopia Raman electroquímica para identificar y caracterizar los intermediarios de la reacción.
• Microscopía de túnel de barrido (STM) para visualizar el proceso de deposición de hidrógeno.
• CV controlado por temperatura para determinar la energía de Gibbs y la entropía de la deposición de hidrógeno.
• Cálculos de mecánica estadística para modelar el comportamiento del hidrógeno confinado.

Principales resultados:

• La evolución del hidrógeno se mejora significativamente en Gr/Au{11} en comparación con el Au{11} desnudo o el grafeno en medios alcalinos.
• Los átomos de hidrógeno se depositan en el espacio entre Au ((111) y el grafeno cuando el electrodo está sesgado por debajo del potencial H2O / H2.
• La CV controlada por temperatura reveló la energía de Gibbs y la entropía de la deposición de hidrógeno.
• Los cálculos de mecánica estadística indican que el hidrógeno forma un gas atómico 2D dentro del espacio confinado, actuando como un intermedio de reacción.
• Los bordes de la capa de grafeno se identifican como los sitios activos primarios para la evolución del hidrógeno.

Conclusiones:

• La mayor actividad de evolución de hidrógeno de Gr/Au{111} se debe a la formación de un gas atómico 2D de hidrógeno confinado en el espacio entre las capas de grafeno y Au{111}.
• Este hidrógeno confinado actúa como un intermediario altamente activo para la reacción de evolución del hidrógeno.
• Los bordes de grafeno sirven como sitios activos clave, lo que sugiere que el control de la cobertura de grafeno puede optimizar el rendimiento catalítico.