Electrocatalytic HER Enhancement of C3N4 in NiCo2O4

塔菲尔方程 过电位 材料科学 电子转移 异质结 分子 氢键 结晶学 物理化学 化学 电极 电化学 有机化学 光电子学
作者
Chao Zhang,Jinming Wang,Ying Liu,Weiping Li,Yilin Wang,Guohui Qin,Zhiguo Lv
出处
期刊:Chemistry-an Asian Journal [Wiley]
卷期号:17 (14): e202200377-e202200377 被引量:14
标识
DOI:10.1002/asia.202200377
摘要

Abstract Generally, C 3 N 4 was widely used in the field of photocatalytic hydrogen production, but only few studies focused on electrocatalytic hydrogen production field in Ni/Co based systems. Herein, to investigate the enhanced HER property of C 3 N 4 , NiCo 2 O 4 @C 3 N 4 were fabricated successfully via a simple mixture method. With the introduction of C 3 N 4 , NiCo 2 O 4 @C 3 N 4 showed better HER property with small overpotential (89 mV, η 10 mA cm −2 ), low Tafel slope (146 mV dec −1 ) and superior long‐term stability, thereby indicating the excellent synergistic effect between NiCo 2 O 4 and C 3 N 4 . Besides, compared with NiCo 2 O 4 , the large electrochemically active surface areas of NiCo 2 O 4 @C 3 N 4 (ca. 126 cm 2 ) indicated the abundant active sites, directly proofing the HER enhancement of C 3 N 4 . According to Density Functional Theory (DFT) calculation results, when NiCo 2 O 4 combined with C 3 N 4 , the E H2O* of NiCo 2 O 4 @C 3 N 4 decreased from 3.80 to 2.76 eV and, accordingly, the heterostructure possessed an appropriate ΔG H* (0.19 eV, close to Pt), suggesting the unique synergistic effect between NiCo 2 O 4 and C 3 N 4 . Meanwhile, H 2 O interacted with the d orbital of the Co atom and induced more electrons to transfer from NiCo 2 O 4 to C 3 N 4 and H 2 O sequentially, thereby accumulating plenty of electrons on H 2 O molecule and further activating H 2 O molecule. Accordingly, the H−O−H bond angle of H 2 O was narrowed from 104.3° to 103.2°, meanwhile, the O−H bond length was extended from 0.975 to 0.989 Å, demonstrating the HER enhancement of C 3 N 4 .
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