Hierarchically porous nickel foam supported Fe-Ni3S2 electrode for high-current–density alkaline water splitting

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作者
Bo Zhong,Bei Cheng,Yanbing Zhu,Rui Ding,Panyong Kuang,Jiaguo Yu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:629: 846-853 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.09.007
摘要

Alkaline water electrolysis (AWE) offers a promising route for green hydrogen production. However, its industrial application is impeded by unsatisfactory energy conversion efficiency. Herein, a robust electrode composed of porous nickel foam (PNF) and Fe-doped Ni3S2 (Fe-Ni3S2) nanosheet arrays was fabricated and applied for industrial AWE. By conducting a scalable dynamic bubble-template method, PNF with high loading of active catalysts was prepared. The superhydrophilicity of PNF facilitates bubble detachment and promotes mass transfer, especially at high current densities. In addition, Fe-Ni3S2 with optimized electronic structure is featured with enhanced electrical conductivity, sufficient exposure of active sites, and optimized adsorption of intermediates. Benefiting from the concerted advantages of PNF and Fe-Ni3S2, the obtained Fe-Ni3S2/PNF-5 electrode with an optimal Fe content of 5 mol% exhibits high catalytic activity for both hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER). Compared with the Pt/C/NF||IrO2/NF couple, the Fe-Ni3S2/PNF-5||Fe-Ni3S2/PNF-5 couple delivers a current density of 10 mA cm-2 at a low cell voltage of 1.50 V for AWE. Under industrial conditions, a competitive cell voltage of 1.75 V is needed for achieving a high current density of 400 mA cm-2. Besides, the couple can operate stably for 120 h, outperforming the commercial RN||RN couple. This work provides a novel strategy to elevate the loading amount of catalysts and improve the electrochemical performance of the electrode for practical AWE application.

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