A durable and pH-universal self-standing MoC–Mo2C heterojunction electrode for efficient hydrogen evolution reaction

电极 电解质 材料科学 催化作用 化学工程 离解(化学) 异质结 多孔性 分解水 纳米技术 光电子学 化学 复合材料 有机化学 光催化 物理化学 工程类
作者
Wei Liu,Xiting Wang,Fan Wang,Keming Du,Zhaofu Zhang,Yuzheng Guo,Huayi Yin,Dihua Wang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:173
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27118-6
摘要

Efficient water electrolyzers are constrained by the lack of low-cost and earth-abundant hydrogen evolution reaction (HER) catalysts that can operate at industry-level conditions and be prepared with a facile process. Here we report a self-standing MoC-Mo2C catalytic electrode prepared via a one-step electro-carbiding approach using CO2 as the feedstock. The outstanding HER performances of the MoC-Mo2C electrode with low overpotentials at 500 mA cm-2 in both acidic (256 mV) and alkaline electrolytes (292 mV), long-lasting lifetime of over 2400 h (100 d), and high-temperature performance (70 oC) are due to the self-standing hydrophilic porous surface, intrinsic mechanical strength and self-grown MoC (001)-Mo2C (101) heterojunctions that have a ΔGH* value of -0.13 eV in acidic condition, and the energy barrier of 1.15 eV for water dissociation in alkaline solution. The preparation of a large electrode (3 cm × 11.5 cm) demonstrates the possibility of scaling up this process to prepare various carbide electrodes with rationally designed structures, tunable compositions, and favorable properties.
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