Interfacial Engineering of Ni3N/Mo2N Heterojunctions for Urea-Assisted Hydrogen Evolution Reaction

电解 催化作用 制氢 尿素 双功能 析氧 无机化学 吸附 电解水 解吸 化学 化学工程 电解质 电极 电化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Tongzhou Wang,Licheng Miao,Si Yu Zheng,Hongye Qin,Xuejie Cao,Lei Yang,Lifang Jiao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (7): 4091-4100 被引量:270
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c00113
摘要

The urea oxidation reaction (UOR) is considered as an alternative to the oxygen evolution reaction for high-efficiency hydrogen production. However, an urea molecule is relatively complex, containing both electron-donating amino (−NH2) and electron-withdrawing carbonyl (C═O) groups, and understanding the influence of different functional groups on the adsorption behavior is conducive to the rational design and preparation of high-performance UOR catalysts. Herein, we report a simple synthesis of the Ni3N/Mo2N heterostructure and a systematic investigation of urea-assisted electrolytic hydrogen production. Both temperature-programmed desorption and theoretical calculations decipher that −NH2 and C═O groups of the urea molecule are more easily adsorbed on Ni3N and Mo2N, respectively. Meanwhile, the Ni3N/Mo2N heterostructure could combine and enhance the advantages of individual components, optimizing the adsorption of urea. Besides, this heterostructure is also beneficial to improving the hydrogen evolution reaction performance. As expected, in the two-electrode urea-assisted water electrolyzer utilizing Ni3N/Mo2N as bifunctional catalysts, hydrogen production can readily occur at an evidently lower voltage (1.36 V@10 mA cm–2), which is much lower than that of traditional water electrolysis, as well as 7 times higher hydrogen production rate is achieved.
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