吉林大学崔小强课题组Angew.: 原子分散的MoOx促进电催化碱性析氢！

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研究内容

加速缓慢的水离解动力学是促进碱性介质中析氢反应(HER)的关键。

吉林大学崔小强课题组报告了使用一锅溶剂热法合成锚定在Rh金属上的原子分散的MoOx。产生的结构最大程度地暴露了氧化物-金属界面。结果显示，MoOx-Rh催化剂具有超高碱性HER活性。相关工作以“Atomically Dispersed MoOx on Rhodium Metallene Boosts Electrocatalyzed Alkaline Hydrogen Evolution”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. 作者使用一锅溶剂热法，合成了由原子分散在Rh金属上MoOx组成的催化剂(MoOx-Rh)。Mo-Rh相图中的混溶性间隙，有利于Mo原子或Rh表面上的纳米结构的偏析。

要点2. MoOx-Rh金属烯催化剂对碱性HER表现出显着的催化活性，在10 mA cm-2时过电位为15 mV；在50 mV的过电位下获得了2.32 A mgRh-1的质量活性，是商业Pt/C的11.8倍，超过了先前报道的Rh基电催化剂。

要点3. 对照实验表明，高HER活性主要是由于原子分散的MoOx对Rh金属的界面效应最大化。第一性原理计算表明，MoOx和Rh之间的界面是碱性HER的活性中心。MoOx位点优先吸附和解离水分子并产生氢中间体，相邻的Rh位点吸附生成的原子氢，以实现高效的H2释放。

该研究结果说明了原子界面工程策略在电催化中的潜力。

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研究图文

图1. MoOx-Rh金属的形态和结构表征。(a, b) HAADF-STEM, (c) TEM, (d) AFM图像和(e)相应的高度剖面。(f) EDX图像。(g) 高倍率HAADF-STEM图像和(h)相应的3D伪彩色表面图。(i) MoOx-Rh金属烯的结构示意图。Rh、Mo和O原子由青色、粉红色和红色球表示。

图2. MoOx-Rh金属中Mo组分的XPS和XAFS表征。(a) Mo 3d区域的XPS光谱。(b) Mo k-edge的实验XANES光谱。(c) EXAFS光谱的k3加权χ(k)-函数。虚线为实验数据，实线为拟合结果。(d) Rh表面上二聚体、三聚体、单层的Mo-Mo和MoOx-Rh金属的配位数。(e) Mo K-edge数据的小波变换：Mo箔、MoO3和MoOx-Rh。

图3. MoOx-Rh金属中Rh组分的XAFS表征。(a) 实验XANES光谱，(b) Rh箔、Rh2O3和MoOx-Rh的EXAFS光谱。虚线为实验数据，实线为拟合结果。(c) 实验XANES光谱，(d) Rh金属烯和MoOx-Rh金属烯的EXAFS光谱。(e) Rh K-edge数据的小波变换：Rh箔、Rh金属、MoOx-Rh金属和Rh2O3。

图4. 电催化性能。(a) 商业Pt/C、Rh/C、Rhene/C、MoO3+Rh/C和MoOx-Rh/C的HER极化曲线。(b) 从极化曲线获得的塔菲尔图。(c) 使用质量活性（在50 mV对RHE的电位）与过电位（在10 mA cm-2的电流密度下）的HER活性比较。(d) 催化剂的TOF图。(e) 在10000次电位循环前后记录的MoOx-Rh金属在碳纸上的HER极化曲线。(f) 在10/50/100 mA cm-2电流密度下，MoOx-Rh金属在碳纸上的电流-时间(i-t)计时电流响应。

图5. DFT模拟。(a) MoOx Rh金属的界面电荷密度差异。黄色和绿色区域分别代表电子积累和耗尽。(b) HER中间体在MoOx-Rh界面上的优化吸附构型。(c) Pt、Rh和MoOx-Rh的H2O解离反应自由能途径。MoOx-Rh金属烯表面在(d) 0.77 ML和(e) 1 ML的H覆盖下的优化配置。d和e中的黄色圆圈表示界面Rh位点。(f) Pt、Rh和MoOx-Rh不同H覆盖下的ΔGH*值。

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文献详情

Atomically Dispersed MoOx on Rhodium Metallene Boosts Electrocatalyzed Alkaline Hydrogen Evolution

Jiandong Wu, Jinchang Fan,* Xiao Zhao, Ying Wang, Dewen Wang, Hongtai Liu, Lin Gu, Qinghua Zhang, Lirong Zheng, David J. Singh, Xiaoqiang Cui,* Weitao Zheng

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202207512