Engineering a Ce Promoter into a Three-Dimensional Porous Mo2C@NC Heterostructure for Hydrogen Evolution Electrocatalysis via Weakening the Mo–H Bond Strength

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作者
Xiaobing Wang,Xue‐Zhi Song,Xiaofeng Wang,De‐Kun Liu,Dong-Ye Sun,Ran Zhao,Qianhui Jia,Wenting Zhang,Yu‐Xin Luan,Lizhao Liu,Zhenquan Tan
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (36): 16824-16833 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c02552
摘要

The pursuit of highly efficient electrocatalysts for the alkaline hydrogen evolution reaction (HER) is of paramount importance for water splitting. However, it is still a formidable task in Mo2C-based materials because of the agglomeration and strong Mo-H binding of Mo2C units. Herein, a novel CeOCl-CeO2/Mo2C heterostructure nesting within a three-dimensional porous nitrogen-doped carbon matrix has been designed and used for catalyzing HER via simultaneous morphology and heterointerface engineering. As expected, the optimal CeOCl-CeO2(0.2)/Mo2C@3DNC exhibits impressive HER activity, with a low overpotential of 156 mV at a current density of 10 mA cm-2 coupled with a slight Tafel slope of 62.20 mV dec-1. Introducing a Ce promoter, that is CeOCl and CeO2, would endow the interface with an internal electric field and electron redistribution between CeOCl-CeO2 and Mo2C induced by the heterogeneous work function difference. Moreover, experimental investigation and density functional calculations confirm that the CeOCl-CeO2/Mo2C heterointerface can downshift the d-band center of the active Mo center, weakening the strength of the Mo-H coupling. This proposed concept, engineering Ce-based promoters into active entities involved in the heterostructure to modulate intermediate adsorption, offers a great opportunity for the design of superior electrocatalysts for energy conversion.
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