Local Charge Distribution Engineered by Schottky Heterojunctions toward Urea Electrolysis

材料科学 肖特基二极管 异质结 催化作用 分子 尿素 吸附 光电子学 肖特基势垒 电荷密度 化学工程 化学物理 物理化学 有机化学 二极管 物理 工程类 量子力学 化学
作者
Caicai Li,Youwen Liu,Zhiwen Zhuo,Huanxin Ju,Dian Li,Yanpeng Guo,Xiaojun Wu,Huiqiao Li,Tianyou Zhai
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (27) 被引量:411
标识
DOI:10.1002/aenm.201801775
摘要

Abstract Urea electrooxidation with favorable thermodynamic potential offers great promise for decoupling H 2 /O 2 evolution from sluggish water splitting, and simultaneously mitigating the problem of urea‐rich water pollution. However, the intrinsically slow kinetics of the six‐electron transfer process impels one to explore efficient catalysts in order to enable widespread use of this catalytic system. In response, taking CoS 2 /MoS 2 Schottky heterojunctions as the proof‐of‐concept paradigm, a catalytic model to modulate the surface charge distribution for synergistically facilitating the adsorption and fracture of chemical group in urea molecule is proposed and the mechanism of urea electrooxidation at the molecular level is elucidated. Based on density functional calculations, the self‐driven charge transfer across CoS 2 /MoS 2 heterointerface would induce the formation of local electrophilic/nucleophilic region, which will intelligently adsorb electron‐donating/electron‐withdrawing groups in urea molecule, activate the chemical bonds, and thus trigger the decomposition of urea. Benefiting from the regulation of local charge distribution, the constructed Schottky catalyst of CoS 2 ‐MoS 2 exhibits superior urea catalytic activities with a potential of 1.29 V (only 0.06 V higher than the thermodynamic voltage of water decomposition) to attain 10 mA cm −2 as well as robust durability over 60 h. This innovational manipulation of charge distribution via Schottky heterojunction provides a model in exploring other highly efficient electrocatalysts.
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