ACS Catal：缺陷石墨烯修饰Pt(111)改善电催化HER反应

纳米技术

2021-08-22

由于气候变化现象变得非常显著，发展碳中和、碳减排的技术过程非常必要和急切，其中通过可再生电能（太阳能、风能等）进行分解水制氢是一种具有碳平衡前景的技术。在电催化制氢反应中，火山曲线能够用于理解和比较各种不同电催化剂的HER活性，其中反应的中间体适中的吸附作用和结合能非常重要，一些计算化学研究结果提出反应速率受到中间体的标度关系限制。理解这些标度关系有助于发展和优化催化剂提高催化反应速率。

有鉴于此，荷兰莱顿大学Arthur J. Shih、Marc T. M. Koper等报道一种石墨烯覆盖层起到限域策略优化催化剂的方法。

本文要点：

（1）

对Pt(111)、覆盖石墨烯的Pt(111)的电极上进行H₂SO₄电解液中进行分解水制氢反应情况，同时排除了石墨烯覆盖层的电化学性质。作者发现新制备的石墨烯覆盖层选择性的渗透电解质H⁺，这种作用能够实现H⁺离子选择性的限域在石墨烯和Pt(111)之间，同时排除SO₄^2-或者其他阴离子。作者发现，这种石墨烯覆盖层中在较高的过电势条件（氧化或者还原）通过产生H₂气泡产生，因此能够尽量保证HER反应主要在石墨烯/Pt(111)电极中的靠近缺陷位点的Pt(111)进行。当石墨烯缺陷位点浓度增加，更多的Pt(111)表面能够产生HER反应活性。

（2）

反应动力学。作者通过反应动力学，发现在Pt电极上修饰缺陷型石墨烯覆盖层，能够提高HER反应速率提高200 %，同时Tafel斜率、[H⁺]级数能够保证不变。

本文研究结果为石墨烯覆盖层的催化反应动力学提供经验，有助于理解石墨烯覆盖层如何影响HER催化反应，有助于发展能够保证较高电催化反应速率的限域催化剂。

参考文献

Arthur J. Shih*, Nakkiran Arulmozhi, and Marc T. M. Koper*, Electrocatalysis under Cover: Enhanced Hydrogen Evolution via Defective Graphene-Covered Pt(111), ACS Catal. 2021, 11, 10892–10901

DOI: 10.1021/acscatal.1c02145

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c02145