Well‐Dispersed Nickel‐ and Zinc‐Tailored Electronic Structure of a Transition Metal Oxide for Highly Active Alkaline Hydrogen Evolution Reaction

材料科学 氧化物 掺杂剂 磷化物 电子结构 过渡金属 兴奋剂 催化作用 金属 纳米技术 无机化学 化学工程 冶金 计算化学 光电子学 化学 工程类 生物化学
作者
Tao Ling,Tong Zhang,Binghui Ge,Lili Han,Lirong Zheng,Feng Lin,Zhengrui Xu,Wenbin Hu,Xi‐Wen Du,Kenneth Davey,Shi‐Zhang Qiao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (16): e1807771-e1807771 被引量:341
标识
DOI:10.1002/adma.201807771
摘要

The practical scale-up of renewable energy technologies will require catalysts that are more efficient and durable than present ones. This is, however, a formidable challenge that will demand a new capability to tailor the electronic structure. Here, an original electronic structure tailoring of CoO by Ni and Zn dual doping is reported. This changes it from an inert material into one that is highly active for the hydrogen evolution reaction (HER). Based on combined density functional theory calculations and cutting-edge characterizations, it is shown that dual Ni and Zn doping is responsible for a highly significant increase in HER activity of the host oxide. That is, the Ni dopants cluster around surface oxygen vacancy of the host oxide and provide an ideal electronic surface structure for hydrogen intermediate binding, while the Zn dopants distribute inside the host oxide and modulate the bulk electronic structure to boost electrical conduction. As a result, the dual-doped Ni, Zn CoO nanorods achieve current densities of 10 and 20 mA cm-2 at overpotentials of, respectively, 53 and 79 mV. This outperforms reported state-of-the-art metal oxide, metal oxide/metal, metal sulfide, and metal phosphide catalysts.
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