In-Situ Formed Hydroxide Accelerating Water Dissociation Kinetics on Co3N for Hydrogen Production in Alkaline Solution

动力学 离解(化学) 无机化学 制氢 氢氧化物 原位 材料科学 化学工程 化学 物理化学 量子力学 物理 工程类 有机化学
作者
Zhe Xu,Wenchao Li,Shicheng Yan,Hongxu Wang,Heng Zhu,Meiming Zhao,Shicheng Yan,Zhigang Zou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (26): 22102-22109 被引量:58
标识
DOI:10.1021/acsami.8b04596
摘要

Sluggish water dissociation kinetics on nonprecious metal electrocatalysts limits the development of economical hydrogen production from water-alkali electrolyzers. Here, using Co3N electrocatalyst as a prototype, we find that during water splitting in alkaline electrolyte a cobalt-containing hydroxide formed on the surface of Co3N, which greatly decreased the activation energy of water dissociation (Volmer step, a main rate-determining step for water splitting in alkaline electrolytes). Combining the cobalt ion poisoning test and theoretical calculations, the efficient hydrogen production on Co3N electrocatalysts would benefit from favorable water dissociation on in-situ formed cobalt-containing hydroxide and low hydrogen production barrier on the nitrogen sites of Co3N. As a result, the Co3N catalyst exhibits a low water-splitting activation energy (26.57 kJ mol-1) that approaches the value of platinum electrodes (11.69 kJ mol-1). Our findings offer new insight into understanding the catalytic mechanism of nitride electrocatalysts, thus contributing to the development of economical hydrogen production in alkaline electrolytes.
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