Delocalization of d-electrons induced by cation coupling in ultrathin Chevrel-phase NiMo3S4 nanosheets for efficient electrochemical water splitting

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作者
Sundaram Chandrasekaran,Tingting Ma,Zhichang Hu,Qianying Liu,Chao Zhan,Yan Li,Chris Bowen,Huidan Lu,Yongping Liu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:338: 123007-123007 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123007
摘要

Chevrel-phase metal sulfides are known to be promising materials for energy conversion and storage applications. However, a detailed understanding of the intrinsic kinetic mechanisms of electrocatalytic bifunctional hydrogen and oxygen evolution reactions (HER/OER) on NiMo3S4-based Chevrel-phases is lacking. Herein, novel ultrathin self-assembled nanosheets of NiMo3S4 are coupled with transition metal atoms (M/N-NiMo3S4; where M = Co, Fe, and Cu) were formed by a facile hydrothermal approach. Notably, the Co/N-NiMo3S4 electrocatalyst exhibits excellent performance in terms of ultralow overpotentials of 78, 208, 282, and 307 mV at 10, 100, 500, and 1000 mA cm−2 for the HER; and 186, 204, and 225 mV at 50, 100, and 300 mA cm−2 for the OER, respectively. Experimental and first principle calculations demonstrate that Co atoms coupling with edge Ni atoms results in d‐electron delocalization on Co/N-NiMo3S4, signifying the efficient charge transfer to improve overall water electrolysis. In addition, an upshift in the d‐band center of Co/N-NiMo3S4 can optimize the free energies of a variety of reaction intermediates for water adsorption and dissociation; thereby facilitating the robust alkaline overall water electrolysis at 1.47 V. This work therefore greatly deepens the understanding of the bifunctional hydrogen and oxygen evolution reaction of Chevrel-phase electrocatalysts.
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