An Atomic-to-Macroscale Assembled Ni/MoO 2 Electrode for High-Efficiency and Long-Life Hydrogen Production

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作者
Shang Jiang,Weiwei Hu,Shizheng Zhou,Linfeng Yu,Linfeng Yu,Liang Luo,Yunlong Zhang,Qiao Zhao,Zhibin Yu,Wei Liu,Xiaoming Sun,Liang Yu,Liang Yu,Yanting Liu,Dehui Deng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (13): 13871-13880 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.5c21735
摘要

Developing highly active and durable electrodes for high-current-density alkaline water electrolysis is crucial for advancing cost-effective green hydrogen production. Herein, we report an atomic-to-macroscale assembly of an integrated Ni/MoO2 electrode possessing abundant atomic heterointerfaces with triscale (nano-micro-macro) porosity for high-performance hydrogen evolution. The electrode delivers an overpotential of 145 mV at 1 A cm–2 in 1 M KOH, markedly lower than the 300 mV of commercial Pt/C catalysts, while maintaining stable operation for over 3500 h. Practical application within an alkaline electrolyzer achieves a cell voltage of 1.80 V with an energy consumption of 4.3 kWh Nm–3 H2 at 1 A cm–2 under industrial conditions (30 wt % KOH at ≥85 °C), and operational durability exceeds 1000 h. Characterization and theoretical analysis elucidate a triple-enhancement effect on water electrolysis: (i) interfacial electron transfer from Ni to MoO2 moderately weakens H* adsorption and promotes the H2 desorption on the Ni sites, thereby boosting the intrinsic activity; (ii) triscale hierarchical porosity with hydrophilic MoO2 coating synergistically accelerates bubble detachment and electrolyte permeation, thereby enhancing mass transfer; and (iii) the strong Ni-MoO2 electronic interaction and their robust integration with the electrode skeleton significantly strengthen structural stability.
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