M2P（M = Ni, Co, Fe）单晶上的面依赖型氢演化反应

《ACS Catalysis》：Facet-Dependent Hydrogen Evolution Reaction on M2P (M = Ni, Co, Fe) Single Crystals

通过金属流法合成Ni?P、Co?P、Fe?P单晶，发现尖端晶面（0001或010）比侧面晶面（101?0或100）更具HER活性，且不同金属活性顺序随电位变化反转，表面态密度和曲率是关键影响因素。

　　

过渡金属磷化物（MPs）由于其出色的活性和稳定性，成为用于氢演化反应（HERs）的具有前景的、储量丰富的催化剂。为了进一步提升其性能，控制晶面取向是一个关键策略。选择性生长特定形状的纳米颗粒可以显著增强电催化活性，但这种方法需要对不同晶面的催化特性进行基础研究。目前关于MPs晶面效应的报道较少，这导致了对各晶面活性理解不足，从而阻碍了催化剂的优化设计。在本研究中，我们采用金属助熔法成功制备了三种代表性M₂P（M = Ni、Co、Fe）催化剂的大型六角柱状单晶。我们测试了M₂P单晶的两种晶面，以研究它们对氢演化反应的催化活性。结果一致表明，对于所有M₂P晶体而言，(0001)晶面（Ni₂P/Fe₂P）和(010)晶面（Co₂P）的活性均高于(101?0)晶面（Ni₂P/Fe₂P）和(100)晶面（Co₂P）。同一晶面下的活性差异揭示了不同过渡金属之间的活性顺序：在低电位区域，Fe₂P > Co₂P > Ni₂P；而在高电位下，由于Tafel斜率的差异，这一顺序发生了反转，Ni₂P成为最活泼的催化剂，其(0001)晶面的活性甚至接近铂（Pt）的活性。通过计算各晶面的态密度（DOS）及其局部曲率，我们发现这些参数是描述相同晶面上不同过渡金属活性差异的有效指标。