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錫根大學(xué)/武科大AFM：調(diào)節(jié)硼摻雜Fe7S8/FeS2電催化劑的帶間能量分離以促進(jìn)堿性HER

具有高性價(jià)比的過渡金屬硫化物（TMSs）是堿性析氫反應(yīng)（HER）的潛在電催化劑。然而，吸附在TMSs上的氫中間體（如硫化鐵）的自由能太低，阻礙了它們的類氫化酶催化活性。

基于此，德國(guó)錫根大學(xué)Nianjun Yang、武漢科技大學(xué)李軒科教授和Hui Xiang（共同通訊作者）等人首次報(bào)道了一種基于密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)了摻硼（B）摻雜Fe₇S₈/FeS₂（B-Fe₇S₈/FeS₂）電催化劑，以提高TMSs的固有催化活性。

作者通過密度泛函理論（DFT）模擬計(jì)算了各種Fe-S基電催化劑中摻雜B原子的電荷分布。在這些理論計(jì)算結(jié)果的指導(dǎo)下，在碳布上合成了幾種B摻雜的Fe₇S₈/FeS₂電催化劑（即B-Fe₇S₈/FeS₂/CC）。

在合成過程中，通過控制硼化反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間來調(diào)節(jié)B-Fe₇S₈/FeS₂/CC電催化劑中Fe₇S₈和FeS₂相的含量。Fe原子的d-帶中心和S原子的p-帶中心都因此受到調(diào)節(jié)。即重新排列了B-Fe₇S₈/FeS₂/CC電催化劑的電子結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化了B- Fe₇S₈/FeS₂/CC電催化劑的Δ_dp值。

因此，H*中間體的吸附速率和H₂的解吸速率之間的平衡可以在最佳B-Fe₇S₈/FeS₂/CC電催化劑上保持，從而加快電荷傳輸速率并提高該最佳B-Fe₇S₈/FeS₂/CC電催化劑的HER動(dòng)力學(xué)。

在堿性介質(zhì)中，這種HER電催化劑顯示出113 mV的過電位，以獲得10 mA cm^-2的電流密度。本文提出的雜原子摻雜是一種調(diào)節(jié)TMSs電催化劑電子結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其加速HER動(dòng)力學(xué)的可行方法。

Modulating Interband Energy Separation of Boron-Doped Fe₇S₈/FeS₂ Electrocatalysts to Boost Alkaline Hydrogen Evolution Reaction. Adv. Funct. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adfm.202107802.

https://doi.org/10.1002/adfm.202107802.

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