Engineering cobalt sulfide/oxide heterostructure with atomically mixed interfaces for synergistic electrocatalytic water splitting

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作者
Xiaoyang Wang,Yu He,Xiaopeng Han,Jun Zhao,Lanlan Li,Jinfeng Zhang,Cheng Zhong,Yida Deng,Wenbin Hu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (2): 1246-1253 被引量:70
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3632-4
摘要

It remains challenging to develop economical and bifunctional electrocatalysts toward oxygen/hydrogen evolution reactions (OER/HER). Herein, we construct Co9S8 nanoflakes decorated Co3O4 nanoarrays with enriched heterogeneous interface zones on Ni foam (Co9S8@Co3O4/NF) via a novel step-wise approach. The Co9S8@Co3O4/NF hybrid manifests excellent performance with low overpotentials of 130 mV for HER (10 mA·cm−2) and 331 mV for OER (100 mA·cm−2), delivering a small voltage of 1.52 V for water splitting at 10 mA·cm−2 as well as outstanding catalytic durability, which surpasses precious metals and previously reported earth-abundant nanocatalysts. Further experimental and theoretical investigations demonstrate that the excellent performance is attributed to the followings: (i) Highly conductive Ni facilitates the efficient charge transfer; (ii) porous core-shell nanoarchitecture benefits the infiltration and transportation of gases/ions; (iii) heterogeneous interface zones synergistically lower the chemisorption energy of hydrogen/oxygen intermediates. This work will shed light on the controllable synthesis and engineering of heterostructure nanomaterials for clean energy storage and conversion technologies.
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