Tunable decoration of Ni/Ni3N nano-heterostructures on N-defective g-C3N4 via topochemical self-nitridation for efficient electrocatalytic overall water splitting

材料科学 析氧 双功能 异质结 石墨氮化碳 电流密度 电解质 分解水 光电子学 金属 电极 化学工程 电化学 光催化 冶金 催化作用 物理化学 化学 工程类 生物化学 物理 量子力学
作者
Changcun Tang,Jiahui Liao,Yanzhe Sheng,Yanhe Xiao,Baochang Cheng,Shuijin Lei
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:197: 102-115 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2024.01.043
摘要

The growth of base-metal-based heterostructures on metal-free carriers is considered an effective strategy for designing low-cost high-efficiency hybrid electrocatalysts with electronic modulation for bifunctional hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER), as well as further overall water splitting (OWS). Herein, Ni/Ni3N heterostructures with regulable composition are grown in-situ on N-defective graphitic carbon nitride (g-C3N4) through a novel ammonia-free topochemical self-nitridation route. Benefitting from the synergetic effect between Ni/Ni3N heterointerface and the strong support of g-C3N4 carrier, the as-fabricated Ni/Ni3N/g-C3N4 composite performs superior capacity toward both HER and OER in alkaline conditions. The optimal Ni/Ni3N/g-C3N4 sample requires low overpotentials for HER (55 mV) and OER (253 mV) to drive a current density of 10 mA cm−2, along with long-term durability. Furthermore, the constructed Ni/Ni3N/g-C3N4 (+||−) electrolytic cell for alkaline OWS can afford a current density of 10 mA cm−2 under a voltage of 1.556 V with outstanding stability.
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