Interfacial Electronic Modulation of Mo5N6/Ni3S2 Heterojunction Array Boosts Electrocatalytic Alkaline Overall Water Splitting

双功能 异质结 材料科学 分解水 耐久性 光电子学 调制(音乐) 无机化学 纳米技术 化学 催化作用 光催化 物理 复合材料 声学 生物化学
作者
Bin Fang,Jutao Jin,Yanqin Li,Haifeng Dang,Mengmeng Shao,Liyuan Zhao,Nianliang Yin,Wenlong Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (29): e2310825-e2310825 被引量:43
标识
DOI:10.1002/smll.202310825
摘要

Bifunctional electrocatalysts with excellent activity and durability are highly desirable for alkaline overall water splitting, yet remain a significant challenge. In this contribution, palm-like Mo5N6/Ni3S2 heterojunction arrays anchored in conductive Ni foam (denoted as Mo5N6-Ni3S2 HNPs/NF) are developed. Benefiting from the optimized electronic structure configuration, hierarchical branched structure and abundant heterogeneous interfaces, the as-synthesized Mo5N6-Ni3S2 HNPs/NF electrode exhibits remarkably stable bifunctional electrocatalytic activity in 1 m KOH solution. It only requires ultralow overpotentials of 59 and 190 mV to deliver a current density of 10 mA cm-2 for hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) in 1 m KOH solution, respectively. Importantly, the overall water splitting electrolyzer assembled by Mo5N6-Ni3S2 HNPs/NF exhibits an exceptionally low cell voltage (1.48 V@10 mA cm-2) and outstanding durability, surpassing most of the reported Ni-based bifunctional materials. Density functional theory (DFT) further confirms the heterostructure can optimize the Gibbs free energies of H and O-containing intermediates (OH, O, OOH) during HER and OER processes, thereby accelerating the catalytic kinetics of electrochemical water splitting. The findings provide a new design strategy toward low-cost and excellent catalysts for overall water splitting.
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