Hierarchical Porous Ni3S4 with Enriched High‐Valence Ni Sites as a Robust Electrocatalyst for Efficient Oxygen Evolution Reaction

电催化剂 过电位 材料科学 分解水 析氧 催化作用 多孔性 电子转移 阳极 化学工程 电化学 物理化学 电极 复合材料 光催化 化学 工程类 生物化学
作者
Kai Wan,Jiangshui Luo,Chen Zhou,Ting Zhang,Jordi Arbiol,Xihong Lu,Bing‐Wei Mao,Xuan Zhang,Jan Fransaer
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (18) 被引量:380
标识
DOI:10.1002/adfm.201900315
摘要

Abstract Electrochemical water splitting is a common way to produce hydrogen gas, but the sluggish kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) significantly limits the overall energy conversion efficiency of water splitting. In this work, a highly active and stable, meso–macro hierarchical porous Ni 3 S 4 architecture, enriched in Ni 3+ is designed as an advanced electrocatalyst for OER. The obtained Ni 3 S 4 architectures exhibit a relatively low overpotential of 257 mV at 10 mA cm −2 and 300 mV at 50 mA cm −2 . Additionally, this Ni 3 S 4 catalyst has excellent long‐term stability (no degradation after 300 h at 50 mA cm −2 ). The outstanding OER performance is due to the high concentration of Ni 3+ and the meso–macro hierarchical porous structure. The presence of Ni 3+ enhances the chemisorption of OH − , which facilitates electron transfer to the surface during OER. The hierarchical porosity increases the number of exposed active sites, and facilitates mass transport. A water‐splitting electrolyzer using the prepared Ni 3 S 4 as the anode catalyst and Pt/C as the cathode catalyst achieves a low cell voltage of 1.51 V at 10 mA cm −2 . Therefore, this work provides a new strategy for the rational design of highly active OER electrocatalysts with high valence Ni 3+ and hierarchical porous architectures.
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