Built‐in Electric Field Enhanced Water Splitting Kinetics via 3D MoS 2 /NiSe 2 /CC Nanoarray Heterostructure

过电位 材料科学 析氧 分解水 电场 异质结 化学物理 再分配(选举) 电子转移 工作职能 纳米技术 密度泛函理论 动力学 溶解 催化作用 气泡 化学工程 电流密度 非平衡态热力学 电极 电子传输链 传质 电荷密度 限制电流 光电子学 纳米尺度 电子 反应速率 氧化还原 工作(物理) 磁滞 氧气 微尺度化学 开尔文探针力显微镜
作者
Xiaoyan Bai,Tian‐Yu Xia,Chenxiao Wu,He Huang,Shiyu Zhu,Han Gao,Haizhong Guo,Shouguo Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (69)
标识
DOI:10.1002/adfm.77368
摘要

ABSTRACT The kinetics of gas evolution reactions are constrained by the dual limitations of interfacial mass transfer and charge transport, where hysteresis effects and charge accumulation at heterogeneous interfaces due to bubble adhesion constitute the key factors limiting efficiency. Interfacial engineering is employed to fabricate a three‐dimensional hierarchical MoS 2 /NiSe 2 /CC nanoarray heterostructure. Vertically aligned layered MoS 2 establishes directional channels for rapid bubble expulsion, while the oxyanions generated from its in situ oxidative dissolution electrostatically repel Cl − and protect the active sites. A significant work function difference between MoS 2 and NiSe 2 (ΔΦ = 0.36 eV) generates a strong built‐in electric field (BEF), which triggers interfacial electron rearrangement and boosts charge transfer efficiency, thereby enhancing bubble release via hydrophilicity/aerophobicity modification. Density functional theory simulations further reveal that this redistribution and the resulting down shift of the d‐band center collectively contribute to the enhanced catalytic kinetics. Consequently, the MoS 2 /NiSe 2 /CC demonstrates notable electrocatalytic performance, achieving a low oxygen evolution reaction overpotential of 240 mV at 10 mA cm −2 (140 mV lower than IrO 2 ) and exhibiting enhanced hydrogen evolution reaction activity that surpasses commercial Pt/C at current densities above 90 mA cm −2 . Such BEF construction strategy establishes a promising paradigm for optimizing gas evolution reaction kinetics.
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