在Operando X射线光谱和DFT研究中,通过性条件下的协同Ni-Co电子效应来发现改善的H2进化

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 有效的电催化水分解需要在特定的电解质条件下表现良好的催化剂,特别是pH值.
• 开发强大的演化反应 (HER) 电催化剂,与用于氧演化反应 (OER) 的性条件相兼容,对于整体水分裂效率至关重要.
• 对于设计有效的催化剂来说,对原子水平上的HER机制的基本理解至关重要.

研究的目的:

• 在性 (KOH) 介质中研究基于Ni和Co的空心矿微球上的电化学HER机制.
• 了解Ni和Co位点在HER期间在NiS,CoS和NiS的作用.
• 确定先进的 HER 电催化剂的设计原则.

主要方法:

• 在操作过程中,使用X射线光谱仪在反应条件下探测催化剂的行为.
• 密度函数理论 (DFT) 的计算被用来阐明反应机制和能量学.
• 进行了电化学测量,以评估催化活性和耐用性.

主要成果:

• 发现Ni$_{2}$中的Ni网站是稳定的,但惰性的,而CoS$_{2}$中的Co网站减少到金属域,导致停用.
• Ni$_{0.5}$Co$_{0.5}$S$_{2}$显示了邻近的Ni和Co位点之间的协同电子相互作用,增强了Ni的反应性和Co的稳定性.
• Ni$_{0.5}$Co$_{0.5}$S$_{2}$显示了水吸附/解离 (0.73 eV) 和脱附 (0.06 eV) 的低能量屏障,表明了HER的高性能.

结论:

• Ni$_{0.5}$Co$_{0.5}$S$_{2}$在性介质中显示出优越的HER活性和耐久性,相比NiS$_{2}$和CoS$_{2}$,由于Ni和Co的协同效应.
• 这些发现为性电解质中的原子级HER机制提供了关键的见解.
• 这项研究为合理设计高效和耐用的电催化剂提供了指导,用于水分裂.