Interface engineering of three-phase nickel–cobalt sulfide/nickel phosphide/iron phosphide heterostructure for enhanced water splitting and urea electrolysis

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作者
Longqian Wang,Pan Wang,Xin Xue,Dan Wang,Huishan Shang,Yafei Zhao,Bing Zhang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:665: 88-99 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.03.109
摘要

Rational designing efficient transition metal-based multifunctional electrocatalysts is highly desirable for improving the efficiency of hydrogen production from water cracking. Herein, a self-supported three-phase heterostructure electrocatalyst of nickel–cobalt sulfide/nickel phosphide/iron phosphide (CoNi5S8-Ni2P-FeP2) was prepared by a two-step gas-phase sulfurization/phosphorization strategy. The heterostructure in CoNi5S8-Ni2P-FeP2 provides a favorable interfacial environment for electron transfer and synergistic interaction of multiphase active components, while the introduced electronegative P/S not only serves as a carrier for proton capture in the hydrogen evolution reaction (HER) process but also promotes the metal-electron outflow, which in turn accelerates the generation of high-valent Ni3+ species to enhance the catalytic activity of oxygen evolution reaction (OER) and urea oxidation reaction (UOR). As expected, CoNi5S8-Ni2P-FeP2 reveals excellent multifunctional electrocatalytic properties. An overpotential of 35/215 mV is required to reach 10 mA cm−2 for HER/OER. More encouragingly, a current of 100 mA cm−2 requires only 1.36 V for UOR with CoNi5S8-Ni2P-FeP2 as anode, which is much lower as compared to the OER (1.50 V). Besides, a two-electrode water/urea electrolyzer assembled based on CoNi5S8-Ni2P-FeP2 has a voltage of only 1.59/1.48 V when the system reaches 50 mA cm−2. This work provides a new idea for the design of energy-efficient water/urea-assisted water-splitting multifunctional catalysts with multi-component heterostructure synergistic interface engineering.
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