Mo2C‐Based Ceramic Electrode with High Stability and Catalytic Activity for Hydrogen Evolution Reaction at High Current Density

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作者
Anding Huang,Haisen Huang,Feihong Wang,Nianwang Ke,Chuntian Tan,Hao Lu,Xin Xu,Yuxi Xian,Simeon Agathopoulos
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202308068
摘要

Developing robust electrodes with high catalytic performance is a key step for expanding practical HER (hydrogen evolution reaction) applications. This paper reports on novel porous Mo2 C-based ceramics with oriented finger-like holes directly used as self-supported HER electrodes. Due to the suitable MoO3 sintering additive, high-strength (55 ± 6 MPa) ceramic substrates and a highly active catalytic layer are produced in one step. The in situ reaction between MoO3 and Mo2 C enabled the introduction of O in the Mo2 C crystal lattice and the formation of Mo2 C(O)/MoO2 heterostructures. The optimal Mo2 C-based electrode displayed an overpotential of 333 and 212 mV at 70 °C under a high current intensity of 1500 mA cm-2 in 0.5 m H2 SO4 and 1.0 m KOH, respectively, which are markedly better than the performance of Pt wire electrode; furthermore, its price is three orders of magnitude lower than Pt. The chronopotentiometric curves recorded in the 50 - 1500 mA cm-2 range, confirmed its excellent long-term stability in acidic and alkaline media for more than 260 h. Density functional theory (DFT) calculations showed that the Mo2 C(O)/MoO2 heterostructures has an optimum electronic structure with appropriate *H adsorption-free energy in an acidic medium and minimum water dissociation energy barrier in an alkaline medium.
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