Engineering Multilevel Porous Carbon Nanocages from ZnO@ZIFs with Embedded Ultrafine Mo2C Nanocrystals for Enhanced Hydrogen Evolution

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作者
Jinyuan Shi,Xiaoyan Huang,Yujie Li,T. Sun,Xiaoliang Qi,Xingmao Jiang,Changwei Shi
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:64 (38): 18750-18760 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.5c02550
摘要

Molybdenum carbide (Mo2C) is a promising hydrogen evolution reaction (HER) catalyst, and conventional nanoparticles suffer from poor conductivity, large size, and low active-site utilization. Herein, a novel hollow carbon nanocage embedded with the Mo2C nanocrystal catalyst (Mo2C-HPCS) was developed through an in situ growth and self-sacrificial approach. ZnO nanospheres acted as sacrificial templates, releasing Zn2+ to coordinate with 2-methylimidazole (2-MIM) for ZIF-8 assembly and evaporating during pyrolysis to generate hollow structures. Simultaneously, MoO42– species were uniformly incorporated into the ZIF-8 framework, ensuring a homogeneous Mo distribution. The resulting Mo2C-HPCS possesses a multilevel porous N-doped carbon framework (NC) that enlarges the surface area, exposes more active sites, promotes electron transport, and prevents Mo2C agglomeration. Mo2C-HPCS delivers superior HER activity with a low overpotential of 99 mV at 10 mA cm–2 in 1 M KOH. Density functional theory calculations confirm that Mo2C_NC synergy optimizes the hydrogen adsorption free energy, accelerating HER kinetics.
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