NiMo-MOF-Derived Carbon-Armored Ni4Mo Alloy of an Interwoven Nanosheet Structure as an Outstanding pH-Universal Catalyst for Hydrogen Evolution Reaction at High Current Densities

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作者
Duraisamy Senthil Raja,Chih‐Chieh Cheng,Yu-Chieh Ting,Shih‐Yuan Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (16): 20130-20140 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.3c01061
摘要

Development of highly efficient and stable non-precious metal-based pH-universal catalysts for hydrogen evolution reaction (HER) at high current densities remains challenging for water electrolysis-based green hydrogen production. Herein, a simple solvothermal process was developed to synthesize a NiMo metal–organic framework (MOF), from which a carbon-armored Ni4Mo alloy of an interwoven nanosheet structure was derived with a two-stage thermal treatment, to serve as a high-performance pH-universal HER catalyst. It requires low overpotentials of 22, 48, and 98 mV to achieve a current density of −10 mA cm–2 and 192, 267, and 360 mV to deliver an ultrahigh current density of −500 mA cm–2 in alkaline, acidic, and neutral media, respectively, and exhibits remarkable operational stability at an ultrahigh initial current density of −500 mA cm–2 for over 50 h, making it promising for applications in large-scale green hydrogen production. The success can be attributed to the unique catalyst design of a carbon-armored, composition-optimized NiMo alloy of an advantageous nanostructure of interwoven nanosheets for enhanced utilization of active sites and mass transfer of electrolytes and gaseous products, made possible with a MOF-derivation fabrication approach.
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