Core@Shell Heterostructured NiMoPx@Ni5P4 Nanorod Arrays Promoting Direct Electro‐Oxidation of Methanol and Hydrogen Evolution under Industry Conditions

催化作用 材料科学 制氢 纳米棒 格式化 甲醇 电催化剂 过渡金属 电解 氧化还原 化学工程 无机化学 电化学 纳米技术 物理化学 电极 化学 冶金 有机化学 工程类 电解质
作者
Botao Zhu,Jie Xiong,Shuo Wu,Kaixuan You,Bin Sun,Yixiang Liu,Muzi Chen,Peng Jin,Lai Feng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (46) 被引量:20
标识
DOI:10.1002/adfm.202407236
摘要

Abstract Methanol‐electrooxidation‐reaction (MOR) to value‐added formate is a promising alternative to water oxidation for cost‐efficient hydrogen production. It is generally proposed that the MOR kinetics on Ni‐based catalysts are highly limited by the transition rate of Ni(OH) 2 /NiOOH. Yet, how to define the catalyst following the direct pathway without Ni 2+ /Ni 3+ transition remains challenging. Herein, a core@shell heterostructured NiMoP x @Ni 5 P 4 catalyst is developed to selectively promote the MOR at a large current density (> 500 mA cm −2 ). A series of operando spectroscopic studies reveal negligible formation of NiOOH with 1.0 m methanol in a wide potential range, where MOR is predominant. Theoretical calculations demonstrate that the Ni‐P site of NiMoP x @Ni 5 P 4 favors the adsorption of * CH 3 OH over * OH while the heterostructure contributes to the significantly reduced energy barrier of * OCH 3 → * OCH 2 , hence promoting the MOR along a direct pathway without the formation of NiOOH. Moreover, further study suggests that the catalyst also performs well toward cathodic hydrogen evolution reaction (HER). As a result, an electrode pair of NiMoP x @Ni 5 P 4 //NiMoP x @Ni 5 P 4 is employed to enable concurrent MOR/HER electrolysis at 1.81 V to yield formate/H 2 with FEs of ca. 90/100% and long‐term (100‐h) sustainability at 500 mA cm −2 under the industrial conditions (6.0 m KOH, 65 °C).
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