Highly Durable Nanoporous Cu2–xS Films for Efficient Hydrogen Evolution Electrocatalysis under Mild pH Conditions

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作者
Roser Fernández‐Climent,Jesús Redondo,Miguel García‐Tecedor,Maria Chiara Spadaro,Junnan Li,Daniel Chartrand,Frederik Schiller,Jhon Pazos,María del Pilar Hurtado,Víctor A. de la Peña O’Shea,Nikolay Kornienko,Jordi Arbiol,Sara Barja,Camilo A. Mesa,Sixto Giménez
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (15): 10457-10467 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c01673
摘要

Copper-based hydrogen evolution electrocatalysts are promising materials to scale-up hydrogen production due to their reported high current densities; however, electrode durability remains a challenge. Here, we report a facile, cost-effective, and scalable synthetic route to produce Cu2-xS electrocatalysts, exhibiting hydrogen evolution rates that increase for ∼1 month of operation. Our Cu2-xS electrodes reach a state-of-the-art performance of ∼400 mA cm-2 at -1 V vs RHE under mild conditions (pH 8.6), with almost 100% Faradaic efficiency for hydrogen evolution. The rise in current density was found to scale with the electrode electrochemically active surface area. The increased performance of our Cu2-xS electrodes correlates with a decrease in the Tafel slope, while analyses by X-ray photoemission spectroscopy, operando X-ray diffraction, and in situ spectroelectrochemistry cooperatively revealed the Cu-centered nature of the catalytically active species. These results allowed us to increase fundamental understanding of heterogeneous electrocatalyst transformation and consequent structure-activity relationship. This facile synthesis of highly durable and efficient Cu2-xS electrocatalysts enables the development of competitive electrodes for hydrogen evolution under mild pH conditions.
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