Mo‐Mediated Transition of the Lattice to Long‐Range Disorder Enables Ultra‐High Current Density Hydrogen Production at Low Potentials

材料科学 过电位 电催化剂 制氢 电流密度 催化作用 凝聚态物理 化学物理 纳米技术 物理化学 电化学 电极 化学 物理 有机化学 生物化学 量子力学
作者
Yu Cheng,Haoran Guo,Lifang Zhang,Mengfan Wang,Jinqiu Zhou,Tao Qian,Chenglin Yan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (12) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adfm.202208718
摘要

Abstract High‐current hydrogen production at low potential toward hydrogen evolution reaction (HER) is a fatal factor restricting the large‐scale production of green hydrogen. Here, a Mo‐mediated nickel‐based chalcogenides electrocatalyst (U‐MoNiS) with long‐range disordering through heterogeneous atom‐mediated strategies, is proposed. The optimal U‐MoNiS is scalable to meet the urgent application needs and it requires an extermely low overpotential (305 mV) to achieve ultra‐high current density of 2243 mA cm ‐2 , which is 16.6‐fold higher than the noble Pt/C (135 mA cm ‐2 ). Strikingly, the U‐MoNiS can function well under an ultra‐high current up to ~5 A. Operando experiments and calculations reveal the Mo‐mediated transition of lattice model to a long‐range disordering and regulate the microenvironment of dominant crystal plane, and the surface energy of (110) and (211) drops from 0.180 and 0.165 to 0.077 and 0.100 eV Å ‐2 , respectively. Which exceedingly minimizes the free energy barrier and then accelerates the H* adsorption, and fundamentally contributes to the achievement of efficient hydrogen production at high current density. The proposed strategy to produce hydrogen at ultra‐high current would fulfill the dream to create ‘a high effiective catalyst designed as simply as possible'.
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