Atomically Dispersed Mo Supported on Metallic Co9S8 Nanoflakes as an Advanced Noble‐Metal‐Free Bifunctional Water Splitting Catalyst Working in Universal pH Conditions

双功能 材料科学 催化作用 贵金属 分解水 析氧 金属 密度泛函理论 吸附 无机化学 化学工程 纳米技术 物理化学 冶金 计算化学 电化学 化学 光催化 有机化学 电极 工程类
作者
Ligang Wang,Xinxuan Duan,Xijun Liu,Jing Gu,Rui Si,Yi Qiu,Yaming Qiu,Dier Shi,Fanhong Chen,Xiaoming Sun,Jianhua Lin,Junliang Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (4) 被引量:227
标识
DOI:10.1002/aenm.201903137
摘要

Abstract Water splitting requires development of cost‐effective multifunctional materials that can catalyze both the hydrogen evolution reaction (HER) and the oxygen evolution reaction (OER) efficiently. Currently, the OER relies on the noble‐metal catalysts; since with other catalysts, its operation environment is greatly limited in alkaline conditions. Herein, an advanced water oxidation catalyst based on metallic Co 9 S 8 decorated with single‐atomic Mo (0.99 wt%) is synthesized (Mo‐Co 9 S 8 @C). It exhibits pronounced water oxidization activity in acid, alkali, and neutral media by showing positive onset potentials of 200, 90, and 290 mV, respectively, which manifests the best Co 9 S 8 ‐based single‐atom Mo catalyst till now. Moreover, it also demonstrates excellent HER performance over a wide pH range. Consequently, the catalyst even outperforms noble metal Pt/IrO 2 ‐based catalysts for overall water splitting (only requiring 1.68 V in acid, and 1.56 V in alkaline). Impressively, it works under a current density of 10 mA cm −2 with no obvious decay during a 24 h (0.5 m H 2 SO 4 ) and 72 h (1.0 m KOH) durability experiment. Density functional theory (DFT) simulations reveal that the synergistic effects of atomically dispersed Mo with Co‐containing substrates can efficiently alter the binding energies of adsorbed intermediate species and decrease the overpotentials of the water splitting.
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