HER electrocatalyst Tafel slope (non-photoassisted)
HER 전기촉매 Tafel 기울기 (비광보조)
MoS₂ 기반 촉매에 대한 순수 전기촉매적(비광보조) HER의 Tafel 기울기 — 다중 출처 교차 비교표. 모든 항목은 ~0.5 M H₂SO₄, 유리탄소 전극, iR 보정 조건에서 측정됨.
| 촉매 | Tafel 기울기 | 비고 | 출처 |
|---|---|---|---|
| MOCVD-bilayer-MoS₂-UVozone (UV/오존) | 135 mV dec⁻¹ | 처리 전 231 mV dec⁻¹; η@10 mA cm⁻² = 362.4 mV | Kang et al., J. Mater. Chem. C (2019), Fig. 4c |
| 2H-MoS₂-thermolytic-film / p-Si (열분해법) | 60.33 mV dec⁻¹ | 용액 열분해 2H-MoS₂, c-도메인 엣지 사이트 | Kwon et al., Energy Environ. Sci. (2016), Fig. 3c |
| MoS₂-rGO 솔보써멀 MS-GO4 | 48 mV dec⁻¹ | rGO 하이브리드 (복합체, 박막 단독 범위 외) | Lee et al., RSC Adv. (2017), Fig. 5b |
| icosahedral-Pd-BNNT-catalyst (IC-Pd@BNNT) | 35.7 mV dec⁻¹ | Volmer–Heyrovsky; η@−20 mA cm⁻² = 15.7 mV, η@−1000 mA cm⁻² = 199 mV (자체 Pt/C 29.4 mV @−20 능가); 40,000-사이클 내구성 | Venkateswarlu et al., Applied Catalysis B: Environment and Energy (2023), Fig. 7a–b |
| alpha-NiS-nanoparticles on diatom-aluminosilicate-scaffold (규조토/NiS) | 55.1 mV dec⁻¹ | Volmer–Heyrovsky (Heyrovsky RDS); η@−10 mA cm⁻² = 53.6 mV, 개시전위 −17.9 mV, TOF = 0.61 s⁻¹, Cdl = 29.2 mF cm⁻², ECSA = 730, Rct = 301 Ω; 순수 NiS η = 100.1 mV; 순수 규조토 η = 151.1 mV; d-밴드 상향 이동 diatom-NiS-d-band-upshift-HER | Panda et al., Chem. Eng. J. (2025), Table 1–2, Fig. 5 |
산성 블록 주의사항 (paper_217). IC-Pd@BNNT는 MoS₂ 항목들과 동일한 0.5 M H₂SO₄ 전해질에서 측정되었으므로, 35.7 mV dec⁻¹은 이 산성 블록 내에서 교차 순위 비교가 가능하다 — 이는 이전의 모든 MoS₂ 산성 HER 항목(48 / 60 / 135 mV dec⁻¹)보다 낮은 값이다. 여기서 사용된 자체 Pt/C 기준값 (29.4 mV @−20 mA cm⁻²)은 0.5 M H₂SO₄ 조건이며, 아래 NiCo₂S₄/PANI 블록의 알칼리성(1 M KOH) Pt/C 기준값과는 별개이므로 — 두 Pt/C 값을 교차 비교하지 말 것.
규조토/NiS vs IC-Pd@BNNT (paper_260 vs paper_217, 동일 0.5 M H₂SO₄). 두 촉매 모두 비탄소 지지체, d-밴드 조율 산성 HER 촉매로서 교차 순위 비교가 가능하다. 규조토/NiS의 Tafel 기울기 (55.1 mV dec⁻¹, Heyrovsky RDS, CI-NEB Heyrovsky 에너지 장벽 0.28 eV와 일치)는 IC-Pd@BNNT (35.7 mV dec⁻¹)보다 높으며, η(53.6 mV @−10 mA cm⁻²) 또한 IC-Pd@BNNT(15.7 mV @−20 mA cm⁻²)보다 상당히 높다. 이는 모순이 아니라 활성 금속 종류의 차이(지구풍부 NiS vs Pd)에 기인한 것이지만 — 비교 시 반드시 맥락을 함께 인용할 것.
⚠ 다른 반쪽 반응과의 교차 비교 불가. 이 HER Tafel 기울기들을 OER Tafel 기울기(다른 반쪽 반응)나 PEC 개시 전위(다른 측정 지표)와 비교해서는 안 된다. HER 내에서는 Tafel 기울기가 낮을수록 내재적 반응 속도가 빠른 것을 의미한다 — rGO 하이브리드(48)와 열분해 박막(60)이 UV/오존 이중층(135)을 능가하지만, 이중층의 비교 범위는 **박막 단독의 기저면(basal plane)**으로 한정된다 (rGO 복합체는 의도적으로 제외; Kang et al., J. Mater. Chem. C (2019) 참조).
중성 (PBS, pH 7) HER — Cu 킬레이트 폴리도파민, paper_222
⚠ 다른 전해질(중성 PBS) — 위의 산성 H₂SO₄ MoS₂ 항목 또는 아래의 알칼리성 KOH 블록과 교차 비교하지 말 것. 이는 세 번째 pH 조건이며, 해당 블록 내에서만 순위를 매길 것. 특히 Cu-PDA의 60.67 mV dec⁻¹은 수치상 산성 열분해 MoS₂ 항목(60.33 mV dec⁻¹, 0.5 M H₂SO₄)과 근접하지만, 교차 비교는 불가하다(pH 조건 상이).
| 촉매 (중성 PBS, pH 7) | η @ 10 mA cm⁻² | Tafel 기울기 | 출처 |
|---|---|---|---|
| Cu-PDA-catalyst (Cu 킬레이트 폴리도파민, 합성 직후) | 104 mV | 60.67 mV dec⁻¹ (Heyrovsky RDS) | Kim et al., J. Colloid Interface Sci. (2023), Fig. 3a–b |
Volmer–Heyrovsky 메커니즘, Heyrovsky RDS; R_ct 2.8 Ω cm² (PDA 단독 26 Ω cm² 대비); pH 차수 1.02 → 산화환원 활성 리간드 경로 metal-ligand-PCET-HER를 통한 단일 H⁺/단일 e⁻ RDS. 발표 당시 최고 성능의 중성 pH Cu 기반 HER 촉매로 보고됨 (Table S₁).
내부 η 주의사항. 초록/결론에서는 104 mV를 보고하고 있으나, 결과 LSV 본문(p. 1411)에서는 110 mV로 기재되어 있다. 표제 값 = 104 mV이며, 이 불일치는 Cu-PDA-catalyst에 문서화되어 있다.
알칼리성 (1 M KOH) HER 시리즈 — 탈합금 Al-Ni, paper_156
⚠ 다른 전해질 — 위의 H₂SO₄ MoS₂ 항목과 교차 비교하지 말 것. 이 탈합금 Ni/NiO 촉매들은 1.0 M KOH(알칼리성) 조건에서 측정된 것으로, 산성 MoS₂ 항목들과 반응 환경이 다르다. 해당 블록 내에서만 순위를 매길 것.
| 촉매 (1 M KOH) | Tafel 기울기 | 출처 |
|---|---|---|
| dealloyed-Al₉₀Ni₁₀-catalyst (최고 성능) | 68.9 mV dec⁻¹ | Im et al., J. Mater. Chem. A (2020), Fig. 4b |
| 탈합금 Al₈₀Ni₂₀ | 59.4 mV dec⁻¹ | Fig. 4b |
| 탈합금 Al₈₅Ni₁₅ | 74.8 mV dec⁻¹ | Fig. 4b |
| 탈합금 Al₇₅Ni₂₅ | 93.1 mV dec⁻¹ | Fig. 4b |
| 탈합금 Al₉₅Ni₅ (공정 근방 조성) | 138.7 mV dec⁻¹ | Fig. 4b |
59–93 mV dec⁻¹ 범위(금속성 Ni의 ~120 mV dec⁻¹ 대비)는 RDS가 Volmer 단계에서 수소 탈착 방향으로 이동하였음을 시사한다 — metallurgical-microstructure-inheritance-dealloying 참조. 동일 시리즈의 과전위는 alkaline-HER-overpotential-dealloyed-AlNi에 수록되어 있다.
알칼리성 (1 M KOH) HER — NiCo₂S₄/PANI 이기능성 하이브리드, paper_199
⚠ 다른 전해질(1 M KOH) — 위의 산성 H₂SO₄ MoS₂ 항목과 교차 비교하지 말 것. 이기능성 촉매이며, HER 측 성능은 PANI-electronic-structure-tuning에 의해 향상된다(H* 흡착 에너지 감소).
| 촉매 (1 M KOH) | η @ 10 mA cm⁻² | Tafel 기울기 | 출처 |
|---|---|---|---|
| NiCo₂S₄-PANI-hybrid-catalyst (NCS-P) | 77 ± 4 mV | 68.5 mV dec⁻¹ | Garain et al., Adv. Mater. Interfaces (2022), Fig. 5b–c |
| 순수 NiCo₂S₄ (NCS) | 107 ± 4 mV | 93.2 mV dec⁻¹ | Garain et al., Adv. Mater. Interfaces (2022), Fig. 5b–c |
| Pt/C (기준, 동일 연구) | 57 ± 3 mV | 65.2 mV dec⁻¹ | Garain et al., Adv. Mater. Interfaces (2022), Fig. 5b–c |
Tafel 기울기 68.5 mV dec⁻¹ (60–120 mV dec⁻¹ 범위) → Volmer–Heyrovsky 메커니즘.
탈합금 Al-Ni와의 촉매 종류/조건 비교 시 주의사항. NCS-P의 η(77 ± 4 mV, 알칼리성)은 탈합금 Al-Ni HER 결과(paper_156, η@10 = 12 mV 알칼리성; alkaline-HER-overpotential-dealloyed-AlNi 참조)보다 현저히 높다. ~65 mV의 차이는 유의미하지만, 촉매 종류(이기능성 황화물/PANI vs HER 전용 탈합금 Ni/NiO)와 조건을 고려하지 않고 직접 순위를 매겨서는 안 된다 — 이기능성 vs HER 전용 촉매 순위 비교표를 구성할 경우 반드시 이 점을 명시할 것.