Synergistic Co and P Co‐Doping in MoS 2 /NiO Heterostructures for Electronic Modulation Toward High‐Performance Alkaline Water Electrolysis

材料科学 析氧 阳极 碱性水电解 分解水 阴极 催化作用 双功能 密度泛函理论 化学工程 杂原子 电解 异质结 制氢 吉布斯自由能 电解水 电催化剂 可逆氢电极 电子转移 氢 电极 无机化学 兴奋剂 电流密度 双功能催化剂 功率密度 氢燃料 纳米技术 非阻塞I/O
作者
Hong Li,Jin-shan Xia,Junjie Zheng,Xue Bai,Qinglin Ren,Weiju Hao,Qingyuan Bi,Guisheng Li,Jinchen Fan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202525383
摘要

Abstract The development of highly active and durable electrocatalysts is critical for advancing large‐scale hydrogen production via renewable‐energy‐powered alkaline water electrolysis. Herein, a heteroatom co‐doping strategy is reported to engineer the electronic structure of a MoS 2 /NiO heterostructure catalyst supported on carbon cloth (CC). The constructed Co,P‐MoS 2 @NiO/CC electrode demonstrates exceptional bifunctional activity under alkaline conditions, achieving low overpotentials of 54.3 mV for the hydrogen evolution reaction (HER) and 160 mV for the oxygen evolution reaction (OER) at 10 mA cm −2 . When employed as both anode and cathode in an alkaline electrolyzer, the catalyst requires only a cell voltage of 1.82 V to reach a high current density of 1000 mA cm −2 at 60 °C and shows remarkable stability over 100 h at 500 mA cm −2 without degradation. Mechanistic studies reveal that Co and P doping facilitate electron transfer from NiO to MoS 2 , significantly enhancing the heterostructure's electrical conductivity. Furthermore, density functional theory (DFT) calculations indicate a reduced Gibbs free energy for the OER rate‐determining step (O * →OOH * ) and a decreased energy barrier for HER at Mo sites. This work offers a viable electronic modulation strategy through multi‐heteroatom doping in heterostructured catalysts for high‐current‐density water splitting.
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