Built-in electric field in bifunctional electrocatalyst (Ni3S2@Ni9S8) for high-efficiency OER and overall water splitting performance

电催化剂 双功能 分解水 材料科学 电解质 催化作用 电化学 电解水 电流密度 化学工程 纳米技术 化学 电解 电极 物理化学 物理 光催化 工程类 生物化学 量子力学
作者
Gang Zhao,Yupeng Xing,Yutong Liu,Xiao Wang,Baojie Zhang,Lan Mu,Wenbo Liao,Xijin Xu
出处
期刊:Materials Today Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:34: 101758-101758 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.mtchem.2023.101758
摘要

It is a giant challenge to fabrication inexpensive and efficient bifunctional electrocatalyst to replacing precious metal material in water splitting field. Herein, based on built-in electric field, adsorption intermediates and d-band center theories, Mo and Fe co-engineered Ni3S2@Ni9S8 hierarchical coupling interface is designed. The optimized hierarchical nanorods array facilitate full contact between electrolyte and surface of the catalyst, increasing the number of electrocatalytic sites. Characterizations indicated the successful introduction of Mo and Fe into Ni3S2@Ni9S8 increasing the number of active sites as well as fabricated a unique Ni3S2@Ni9S8 core-shell coupling interface and formed built-in electric field, improving the intrinsic conductivity of the catalyst. The theoretical calculation showing the introduction of Fe and Mo modulate the adsorption energy of the electrocatalyst for the water splitting intermediates, elevating d-band center, so Ni3S2@Ni9S8 catalyst shows excellent electrochemical performance. Specifically, the low overpo tentials of 167 mV is procured at the current density of 10 mA cm−2 for OER in 1 M KOH. Importantly, as a bifunctional electrocatalyst, Ni3S2@Ni9S8 exhibit excellent catalytic activity at a low voltage of 1.62 V to reach a current density of 10 mA cm−2 for 24 h overall water splitting in alkaline condition. These studies provide a feasible and promising strategy for the preparation of inexpensive electrocatalysts and offers more possibilities for further exploration of electrocatalysis in the energy conversion field.
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