Pd/SnTe金属/拓扑晶体绝缘体异质结中拓扑表面态促进的高活性析氢反应
材料科学
2022-09-02 v2
摘要
近年来，拓扑量子材料已成为析氢反应(HER)中一类有前景的电催化剂。然而，它们的大多数性能仍远落后于贵金属，如基准铂(Pt)。本工作中，通过分子束外延和电子束蒸发制备的Pd(20nm)/SnTe(70nm)异质结，被发现显示出远高于纯Pd(20nm)薄膜的电催化活性，甚至高于商用Pt箔。该异质结在0.2 V电位下的提取转换频率值比Pd(20nm)薄膜高出两倍以上，表明每个Pd位点具有更高的本征活性。密度泛函理论计算表明，适用于许多过渡金属异质结的传统d带理论无法解释电催化性能的增强。相反，我们发现SnTe(001)底层的拓扑表面态(TSSs)起着关键作用；电子从Pd表面和吸附的H原子转移至SnTe(001)的TSSs，导致更弱的Pd-H结合强度和更有利的氢吸附自由能。我们的工作首次证明，金属/拓扑量子材料异质结可以成为一种杰出的催化剂，其HER活性超越商用Pt箔，并为优化基于拓扑量子材料的电催化剂性能提供了一个有前景的方向。
引用
@article{arxiv.2112.04753,
title = {Highly active hydrogen evolution facilitated by topological surface states on a Pd/SnTe metal/topological crystalline insulator heterostructure},
author = {Qing Qu and Bin Liu and Wing Sum Lau and Ding Pan and Iam Keong Sou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.04753},
year = {2022}
}
备注
40 pages, 17 figures. arXiv admin note: text overlap with arXiv:2102.08062