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比可卡大學(xué)JACS: 二氫化物和二氫配合物在單原子催化劑HER中的作用

析氫反應(yīng)(HER)在電化學(xué)水分解中起著關(guān)鍵作用。最近，很多注意力都集中在單原子催化劑(SAC)的HER。通常使用N?rskov提出的原始模型合理化或預(yù)測HER中SAC的活性，其中吸附在擴展金屬表面M(MH中間體的形成)上的H原子的自由能用于解釋交換電流的HER趨勢。

近日，米蘭比可卡大學(xué)Gianfranco Pacchioni團隊發(fā)現(xiàn)SACs與金屬表面有很大不同，可以被認為是配位化合物的類似物，而在配位化學(xué)中，能夠形成穩(wěn)定的二氫化物或二氫配合物(HMH)。并且穩(wěn)定的HMH中間體的形成可能會改變該過程的動力學(xué)。

研究人員將原始動力學(xué)模型擴展到兩種中間體(MH和HMH)的情況，得到SAC上HER的三維火山圖。當(dāng)分析中包含應(yīng)用的過電位時，火山曲線頂點會發(fā)生約200 meV的剛性位移。

對55個模型的DFT數(shù)值模擬表明，新的動力學(xué)模型可能會導(dǎo)致關(guān)于HER中SAC活性的完全不同的結(jié)論。

在許多情況下會形成穩(wěn)定的二氫化物和二氫復(fù)合物，而忽略該反應(yīng)步驟可能會導(dǎo)致對SAC在HER中的催化活性的完全不同的預(yù)測?？偟膩碚f，這項工作說明了SAC的化學(xué)與配位化合物的化學(xué)之間的相似性。

Role of Dihydride and Dihydrogen Complexes in Hydrogen Evolution Reaction on Single-Atom Catalysts. Journal of the American Chemical Society, 2021. DOI:10.1021/jacs.1c10470

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