Upraising the O 2p Orbital by Integrating Ni with MoO2 for Accelerating Hydrogen Evolution Kinetics

动力学 异质结 电催化剂 催化作用 物理化学 吸附 化学物理 化学工程 化学 材料科学 物理 电化学 电极 光电子学 有机化学 量子力学 工程类 生物化学
作者
Xiong Liu,Kun Ni,Chaojiang Niu,Ruiting Guo,Wei Xi,Zhaoyang Wang,Jiashen Meng,Jiantao Li,Yanwu Zhu,Peijie Wu,Qi Li,Jun Luo,Xiaojun Wu,Liqiang Mai
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:9 (3): 2275-2285 被引量:187
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b04817
摘要

Unique interfacial properties within heterostructures play vital roles in enhancing hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysis. On the basis of the MoO2-Ni heterostructure, we hereby propose an upraised atomic orbital promoted catalytic mechanism for accelerating the HER kinetics. A controllable gradient-pyrolysis approach is adopted on molybdates to integrate Ni with MoO2, possessing numerous phase-separation-induced intimate interfaces. In situ characterizations demonstrate the formation process of MoO2-Ni interfaces and excellent compositional stability under alkaline conditions. The optimized MoO2-Ni catalyst delivers remarkable Pt-like HER activity and good stability with 50 h operation in 1 M KOH. An enhancement of 3 orders of magnitude on the exchange current density is achieved for MoO2-Ni in comparison to the simplex MoO2. Further experimental and theoretical analyses verify the existence of a concentrated surface charge at MoO2-Ni interfaces. Meanwhile, with the incorporation of Ni into MoO2, the most active sites dramatically change from Mo to O atoms at MoO2-Ni interfaces. The Ni contact upraises the O 2p orbital in MoO2, thus strengthening the hydrogen adsorption for enhanced HER kinetics.

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