硫化镍的表面重构生成用于 ORR 催化的最优配位活性位点
材料科学
2018-04-10 v1
摘要
人们发现，第一行过渡金属氧化物和硫族化合物在水与 O 的相互转化中，其性能可媲美基于贵金属的催化剂。第一行过渡金属离子的高不稳定性导致在催化条件下发生表面动力学变化，并产生不同于体相晶格表面终止所预期的活性位点结构。尽管许多金属氧化物上的表面转变已得到充分表征，但在电催化条件下，较重硫族化合物的表面动力学在很大程度上仍属未知。我们最近报道了硫铁镍矿 NiS 体相在温和水性条件下支持高效的 ORR 催化，并对磷酸根等会使 Pt 中毒的电解质阴离子表现出优异的耐受性。本文中，我们结合电化学、表面光谱和高分辨率显微技术，表征了 NiS 在 ORR 催化条件下的表面动力学。我们表明，NiS 经历自限制的氧化表面重构，形成约 2 nm 厚的非晶表面膜，共形包覆在 NiS 微晶上。该表面膜具有标称的 NiS 化学计量比，且对 ORR 催化具有高活性。利用 DFT 计算，我们表明，作为一级近似，硫化物的催化活性通过一个简单的几何描述符由表面暴露位点的 Ni-S 配位数决定。具体而言，我们发现表面重构过程中在非晶 NiS 表面动态形成的表面位点，为 ORR 催化提供了最优的能量景观。这项工作为表征金属硫族化合物丰富的表面化学提供了系统框架，并为更广泛地理解非晶材料介导的电催化提供了原则。
引用
@article{arxiv.1706.04090,
title = {Surface Restructuring of Nickel Sulfide Generates Optimally-Coordinated Active Sites for ORR Catalysis},
author = {Bing Yan and Dilip Krishnamurthy and Christopher H. Hendon and Siddharth Deshpande and Yogesh Surendranath and Venkatasubramanian Viswanathan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.04090},
year = {2018}
}
备注
12 pages, 5 figures, Supporting Information 27 pages