Boosting Efficient Alkaline Hydrogen Evolution Reaction of CoFe‐Layered Double Hydroxides Nanosheets via Co‐Coordination Mechanism of W‐Doping and Oxygen Defect Engineering

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作者
Shaohong Wang,Jing Wu,Yin Xu,Dandan Liang,Da Li,Dahong Chen,Guohong Liu,Yujie Feng
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (31): e2311221-e2311221 被引量:58
标识
DOI:10.1002/smll.202311221
摘要

While surface defects and heteroatom doping exhibit promising potential in augmenting the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), their performance remains unable to rival that of the costly Pt-based catalysts. Yet, the concurrent modification of catalysts by integrating both approaches stands as a promising strategy to effectively address the aforementioned limitation. In this work, tungsten dopants are introduced into self-supported CoFe-layered double hydroxides (LDH) on nickel foam using a hydrothermal method, and oxygen vacancies (Ov) are further introduced through calcination. The analysis results demonstrated that tungsten doping reduces the Ov formation energy of CoFeW-LDH. The Ov acted as oxophilic sites, facilitating water adsorption and dissociation, and reducing the barrier for cleaving HO─H bonds from 0.64 to 0.14 eV. Additionally, Ov regulated the electronic structure of CoFeW-LDH to endow optimized hydrogen binding ability on tungsten atoms, thereby accelerating alkaline Volmer and Heyrovsky reaction kinetics. Specifically, the abundance of Ov induced a transition of tungsten from a six-coordinated to highly active four-coordinated structure, which becomes the active site for HER. Consequently, an ultra-low overpotential of 41 mV at 10 mA cm-2, and a low Tafel slope of 35 mV dec-1 are achieved. These findings offer crucial insights for the design of efficient HER electrocatalysts.
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