Engineering electron redistribution of bimetallic phosphates with CeO2 enables high-performance overall water splitting

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作者
Xin Guo,Menggang Li,Longyu Qiu,Fenyang Tian,Lin He,Shuo Geng,Yequn Liu,Ying Song,Weiwei Yang,Yongsheng Yu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:453: 139796-139796 被引量:144
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139796
摘要

Transition metal phosphides (TMPs) with Pt-like electronic structures are anticipated to be potential candidates for alkaline hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysis. However, the strong binding strength between metallic active sites in TMPs and intermediates hinders the enhancement of their electrocatalytic activity. Herein, we used surface CeO2-decorated strategy to regulate surface electron distribution of bimetallic phosphides and achieve the enhanced HER activity. Taking NiCoP nanowire arrays as an example, the surface-modified CeO2 nanoparticles (CeO2-NiCoP) make the surface electrons redistribute, promoting the transfer of electrons from NiCoP to CeO2. As a result, the d-band center of metal active sites in CeO2-NiCoP is negatively shifted, resulting in the optimized binding strength with H intermediates. Therefore, CeO2-NiCoP exhibits significantly enhanced HER catalytic activity with low overpotentials of 84, 202 and 242 mV at the current densities of 10, 500 and 1000 mA cm−2, respectively, much lower than those of NiCoP counterparts (ƞ10 = 142 mV, ƞ500 = 349 mV, ƞ1000 = 427 mV). Furthermore, we extend this surface electron redistribution strategy to other bimetallic phosphides and similar trends are observed. Finally, a double-electrode electrolyzer based on CeO2-NiCoP is assembled to achieve a low cell voltage of 1.80 V at a current density of 1000 mA cm−2 under simulated industrial conditions, as well as excellent stability. This work provides a feasible method to design highly active and stable electrocatalysts for overall water splitting via regulating electronic structure of TMPs, and enlightens a new mentality in terms of designing surface active sites of catalysts.
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