Synergism and anion-cation dual chemical substitution in heterostructure sprouted on MXene enable high-efficiency and stable overall water splitting

分解水 材料科学 异质结 替代(逻辑) 对偶(语法数字) 离子 化学工程 纳米技术 催化作用 光电子学 化学 计算机科学 有机化学 文学类 工程类 艺术 光催化 程序设计语言
作者
Zepeng Lv,Jinshuai Fei,Yong‐Ouk You,Xuewei Lv,Qian Li,Jie Dang
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier]
卷期号:147: 207-216 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.10.076
摘要

The exploration of novel, super-potent and low-cost electrocatalysts for water splitting has always been the kernel in the field of renewable sources. Herein, exfoliated Ti3C2Tx MXenes work as a substrate to vertically grow polypore N,Ni-Co2P nanoarrays (N,Ni-Co2P@TC) through an in situ interface-growth strategy and subsequent phosphorization and nitridation. The well-defined heterointerfaces with positive and negative ions co-modulation as coupled hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) catalysts for efficient overall water splitting are investigated, which possesses excellent durability even at a large current density (±500 mA cm-2). For HER, suitable H2O* and H* absorption energies and accelerated electronic transmission make N,Ni-Co2P@TC display a low overpotential of 27 mV at -10 mA cm-2 and Tafel slope of 38 mV dec‑1 in 1 mol/L KOH. For OER, the synergy of N,Ni-Co2P@TC with self-reconfiguration can give enhanced activity with a low overpotential of 232 mV at 10 mA cm-2 and a Tafel slope of 57 mV dec‑1. Additionally, the excellent bifunctional activity allows easily combining for efficient overall water splitting with a low driving voltage (1.51 V) at 10 mA cm-2, and the electrolyzer can be driven by a 1.5 V AAA battery.
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