Modulating Electronic Structure and Mass Transfer Kinetics via Mo‐Mo2C Heterostructure for Ampere‐Level Hydrogen Evolution

材料科学 电解质 异质结 催化作用 电极 腐蚀 传质 可逆氢电极 氧化物 吸附 化学工程 碳化物 离解(化学) 标准氢电极 化学物理 热力学 光电子学 参比电极 物理化学 复合材料 冶金 化学 物理 生物化学 工程类 有机化学
作者
Shisheng Yuan,Lijuan Xiang,Nan Li,Tianqi Liang,Kaiwen Wang,Xinxin Gao,Mengyang Cui,Liang Zhao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (30) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adfm.202422514
摘要

Abstract Molybdenum carbide (Mo 2 C), known for its platinum‐like electronic structure and excellent corrosion resistance, has demonstrated promising catalytic performance in laboratory tests. However, under industrial harsh conditions, the catalytic performance of Mo 2 C faces constraints due to its inherently strong hydrogen adsorption. Additionally, at elevated current densities, rapid depletion of active species in the electrolyte, coupled with hydrogen gas bubble accumulation, introduce significant mass transport challenges. This work introduces an electrode with Mo‐Mo 2 C heterostructures supported on a Mo plate (Mo‐Mo 2 C/Mo). Further analyses reveal that incorporating metallic Mo into the heterostructures optimizes the electronic structure of Mo 2 C. This optimization achieves a more balanced hydrogen adsorption, while also enhancing the capacity for water adsorption and dissociation of Mo 2 C, collectively improving catalytic activity. Furthermore, this electrode features a unique “bush‐like” surface morphology that can induce a “turbulence” effect in the electrolyte near the electrode surface, facilitating electrolyte flow and mass transport. As a result, the Mo‐Mo 2 C/Mo electrode exhibits excellent catalytic performance at high current densities (η 1000 = 452 mV). Moreover, the strong corrosion resistance and robust integration of Mo and Mo 2 C ensure long‐term stability, with the electrode remaining stable at 1.5 A in 6 M KOH over extended periods.
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