High‑index‑faceted and electron density-optimized Ni3S2 in hierarchical NiWO4-Ni3S2@NiO/NF nanofibers for robust alkaline electrocatalytic hydrogen evolution

非阻塞I/O 电催化剂 过电位 阳极 材料科学 阴极 化学工程 化学 电极 催化作用 电化学 物理化学 工程类 有机化学
作者
Ruidong Shi,Jingsong Yang,Gongbing Zhou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:457: 141188-141188 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.141188
摘要

Designing nonprecious electrocatalysts with outstanding performances in hydrogen evolution reaction (HER) via water splitting is attractive for renewable energy conversion. Here, a free-standing and binder-free electrode by in-situ growing a multi-level layered electrocatalyst consisted of NiWO4-coupled Ni3S2 nanofibers with secondary NiO layer on Ni foam (NiWO4-Ni3S2@NiO/NF) is devised, in which NiWO4 was recognized to boost the exposure of high-index {1 2¯ 3} facets on Ni3S2 and NiO was identified to increase the electron density of Ni3S2 via accumulating S vacancies. Such an integration of high‑index‑facet exposure and electron-density optimization endowed the resultant NiWO4-Ni3S2@NiO/NF-3 (3 represents the nominal Ni: S molar ratio in fabricating Ni3S2) electrode with a more suitable H adsorption energy on the active Ni sites and a positive shift of the d-band center of Ni3S2 toward the Fermi level, resulting in a strengthened Ni–H interaction. As a consequence, a low overpotential of 89 mV to deliver a current density of 10 mA cm−2 and a high turnover frequency of H2 generation of 1.5 × 10−3 s−1 for HER in 1 mol l−1 KOH were acquired on NiWO4-Ni3S2@NiO/NF-3, both outperforming the Ni3S2/NF-1, NiWO4-Ni3S2/NF-1, and NiWO4-Ni3S2@NiO/NF-1 electrocatalysts. Remarkably, an electrolytic cell assembled by using NiWO4-Ni3S2@NiO/NF-3 as both anode and cathode delivered an overall-water-splitting current density of 10 mA cm−2 at 1.64 V, evidencing its robust bifunctional catalytic ability in water splitting.
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