Interface strong-coupled 3D Mo-NiS@Ni-Fe LDH flower-cluster as exceptionally efficient electrocatalyst for water splitting in wide pH range

双功能 电催化剂 析氧 分解水 催化作用 化学 电化学 无机化学 电解质 阳极 阴极 化学工程 电极 物理化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Shipeng Qiu,Baojie Zhang,Xiao Wang,Jinzhao Huang,Gang Zhao,Meng Ding,Xijin Xu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:641: 277-288 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.003
摘要

It is crucial to create a bifunctional catalyst with high efficiency and low cost for electrochemical water splitting under alkaline and neutral pH conditions. This study investigated the in-situ creation of ultrafine Mo-NiS and NiFe LDH nanosheets as an effective and stable electrocatalyst with a three-dimensional (3D) flower-cluster hierarchical structure (Mo-NiS@NiFe LDH). The strong interfacial connection between Mo-NiS and NiFe LDH enhances the formation of metal higher chemical states in the material, optimizes the electronic structure, increases OH- adsorption capacity improves electron transfer/mass diffusion, and promotes O2/H2 gas release. As a result, at 10 mA cm-2, Mo-NiS@NiFe LDH/NF demonstrates the outstanding bifunctional electrocatalytic activity of just 107 mV (HER, hydrogen evolution reaction) and 184 mV (hydrogen evolution reaction) (OER, oxygen evolution reaction). The catalytic performance is remarkably stable after 72 h of continuous operation in 1 M KOH at high current densities (300 mA cm-2). More interestingly, in the overall water splitting system, the cell voltages for anode and cathode in both alkaline and neutral electrolytes for Mo-NiS@NiFe LDH/NF are only 1.54 V (alkaline) and 2.06 V (neutral) at 10 mA cm-2. These results demonstrated that the bifunctional electrocatalyst design concept is a viable solution for water splitting in both alkaline and neutral systems.
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