Strong Electronic Metal–Support Interaction in Ag–Co3O4 Heterostructures Enabling Bifunctional Electrocatalysis for Hydrogen Evolution and Glycerol Valorization

电催化剂 双功能 材料科学 金属 异质结 催化作用 化学工程 纳米技术 无机化学 化学 电化学 物理化学 电极 冶金 有机化学 光电子学 工程类
作者
Qin Yin,J. Guo,Lixiong Xu,Shuo Geng
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (39): 16486-16496
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c06008
摘要

Decoupling hydrogen production from oxygen evolution via hybrid glycerol reforming electrocatalysis establishes sustainable pathways for integrated biorefineries and renewable energy storage. However, the practical implementation of this approach is hindered by conventional catalysts' limitations concerning bifunctional activity, long-term stability, and reliance on precious metals. In this study, we developed a novel heterostructure electrocatalyst by coupling silver nanoparticles with Co3O4 (Ag-Co3O4/NF-1) through a straightforward two-step synthesis strategy. The optimized catalyst demonstrates exceptional HER performance in alkaline media, requiring only 50 mV overpotential to achieve a current density of 10 mA cm–2 while maintaining stability for an extended period of 80 h. For the glycerol oxidation reaction (GOR), it achieves 10 mA cm–2 at a low potential of 1.2 V vs RHE with operational durability lasting up to 100 h. Notably, this system exhibits an unprecedented Faraday efficiency of 96.79% for formic acid at 1.35 V vs RHE. Mechanistic studies and DFT calculations indicate that strengthened catalytic behavior arises from strong electronic metal–support interactions (EMSIs) between Ag and Co3O4, which synergistically optimize the charge transfer kinetics and modulate the active-site electronic configurations. This work establishes design principles for creating high-performance bifunctional electrocatalysts and provides new insights into developing electrocatalysts to valorize biodiesel byproducts.
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