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水江澜/李永成Nano Research:用于HER/OER的贵三金属单簇催化剂:理论考虑
单簇催化剂(Single cluster catalysts, SCCs)具有较高的金属负载和金属原子间的协同效应,具有良好的催化性能,受到了广泛的关注。基于此,北京航空航天大学水江澜教授和青海大学李永成副教授(共同通讯作者)等人报道了通过密度泛函理论(DFT)计算,研究了贵金属(Pt、Pd、Rh、Ir)三金属单簇电催化剂(UxVyWz-NG)的氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)和析氢反应(HER)性能。
其中,Pt3-NG、Pd3-NG和Ir3-NG在所有UxVyWz-NG组合中表现出最低的ORR、OER和HER过电位,分别为0.63、0.77和-0.02 V,均低于贵金属单原子催化剂(SACs),表明贵金属三金属SCCs比SACs具有更好的活性。
Pt3/Pd3-NG结构中的ΔGO*为1.35/1.39 eV,高于Rh3/Ir3-NG结构中的0.77/1.09 eV。Rh2Pd/Ir2Pt/Ir2Pd/PtRhIr/PtPdIr/PdRhIr-NG结构中的ΔGO*值相对较低,为-0.36至0.11 eV,而Pt3/Pd3/Pd2Pt-NG结构中的ΔGO*值较高,分别为1.35、1.39和1.47 eV,表明在含有Rh或Ir原子的UxVyWz-NG结构中形成的O-Rh/Ir化学键比其他UxVyWz-NG结构中的O-Pt/Pd化学键更强。
对于OH*的吸附,UxVyWz-NG结构上最稳定的吸附位点是金属原子的桥位点。UxVyWz-NG上的ΔGOH*值为-0.24至0.89 eV,而Ir3-NG上的ΔGOH*值为0.89 eV,相对高于其他结构。
Ir2Pd-NG/PtPdIr-NG上的ΔGOH*值相对较低,分别为-0.23和-0.24 eV。对于OOH*的吸附,PtPdIr-NG中最稳定的吸附位点是Ir原子顶部的位置(2.96 eV)。UxVyWz-NG中,ΔGOOH*从2.96至4.18 eV越高,吸附自由能越弱。
Precious trimetallic single-cluster catalysts for oxygen and hydrogen electrocatalytic reactions: Theoretical considerations. Nano Res., 2023, DOI: 10.1007/s12274-022-5347-6.
https://doi.org/10.1007/s12274-022-5347-6.
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