Nickel–Copper Alloy Encapsulated in Graphitic Carbon Shells as Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction

材料科学 石墨烯 电解质 电化学 合金 催化作用 化学工程 纳米颗粒 复合数 碳纳米管 纳米技术 电极 复合材料 冶金 物理化学 化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Yi Shen,Yongfang Zhou,Duo Wang,Xi Wu,Jia Li,Jingyu Xi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (2) 被引量:289
标识
DOI:10.1002/aenm.201701759
摘要

Abstract Searching for cost‐effective and high‐performance electrocatalysts for hydrogen production is of paramount importance. Herein, nickel‐copper (NiCu) alloy nanoparticles are encapsulated into graphitic shells via an ambient‐pressure chemical vapor deposition process. The resulting carbon‐encapsulated NiCu (denoted as NiCu@C) composite possesses a well‐defined core–shell structure with tunable thicknesses of the shells and is examined as electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) in acidic, neutral, and alkaline solutions. Electrochemical measurements indicate that the activity of the NiCu@C highly depends on the thickness of the shell. Single‐layered graphene encapsulated NiCu nanoparticles show remarkable HER activity and durability. To obtain a current density of 10 mA cm −2 , overpotentials of 48, 164, and 74 mV are needed in electrolyte solutions with pH = 0, 7, and 14, respectively. Such low overpotentials render the composite as one of the most active nonprecious electrocatalysts. Accelerated durability tests demonstrate that the NiCu@C catalysts exhibit excellent stability. Density function theory calculations are conducted to investigate the electronic structures of the NiCu@C. It is found that the representative Ni 43 Cu 12 @C 240 model shows an ideal adsorption energy of hydrogen (−0.03 eV), manifesting its high HER activity.
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