Pd4S/Pd3P0.95异质结构以在高电流密度下实现稳定的制氢

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2024-05-23 10:38:28

Pd4S/Pd3P0.95异质结构以在高电流密度下实现稳定的制氢

设计高效、稳定的可在大电流密度下用于析氢反应（HER）的电催化剂是电解槽商业化的迫切需要。近日，齐鲁工业大学（山东省科学院）Jianbin Chen，Liwei Niu，Guofeng Zhang报道了通过界面工程的方法构建了一种新型的Pd₄S/Pd₃P0_.95异质结构，它继承了单个组分的固有优点，并充分暴露了活性中心。

本文要点：

1）研究人员采用简单的一锅溶剂热法合成了Pd₄S/Pd₃P_0.95异质结构。通过改变S₈的加入量从4到24 mg（样品分别表示为HS₄、HS₈、HS₁₆和HS₂₄），可以将含P的钯前驱体硫化成不同的产物。

2）密度泛函理论(DFT)计算表明，优化后的异质结构不仅对氧原子具有最大的电导率和吸附能，而且可以显著降低水分子解离的动能垒。

3）优化后的Pd₄S/Pd₃P_0.95异质结构催化剂在0.5 m H₂SO₄和1 m KOH中用于HER仅需284 mV和387 mV的过电位即可产生高达500 mA mA cm⁻²的电流密度，优于基准的20%Pt/C（分别为378 mV和482 mV），在用于大电流密度下的HER方面具有良好的应用前景，值得注意的是，异质结构催化剂在0.5 m H₂SO₄和1 m KOH中的过电位分别仅为538 mV和486 mV，电流密度即可达到1000 mA cm⁻²。此外，异质结构催化剂还表现出快速的反应动力学和显著的长期耐久性。在碱性溶液中进行稳定性试验后，仍保持了较强的表面抗氧化能力。

这种合理构建具有较强表面抗氧化能力的异质结构，有望为开发强健的HER电催化剂提供新的思路。

Guofeng Zhang, et al, Interfacial Engineering to Construct Antioxidative Pd₄S/Pd₃P_0.95 Heterostructure for Robust Hydrogen Production at High Current Density, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103511

https://doi.org/10.1002/aenm.202103511