In-situ doping-induced lattice strain of NiCoP/S nanocrystals for robust wide pH hydrogen evolution electrocatalysis and supercapacitor

材料科学 纳米晶 兴奋剂 化学工程 超级电容器 电催化剂 可逆氢电极 纳米技术 电化学 电极 化学 光电子学 物理化学 工作电极 工程类
作者
Yan Lin,Xiaomeng Chen,Yongxiao Tuo,Yuan Pan,Jun Zhang
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:70: 27-35 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.02.024
摘要

Developing high-efficiency multifunctional nanomaterials is promising for wide pH hydrogen evolution reaction (HER) and energy storage but still challenging. Herein, a novel in-situ doping-induced lattice strain strategy of NiCoP/S nanocrystals (NCs) was proposed through using seed crystal conversion approach with NiCo2S4 spinel as precursor. The small amount of S atoms in NiCoP/S NCs perturbed the local electronic structure, leading to the atomic position shift of the nearest neighbor in the protocell and the nanoscale lattice strain, which optimized the H* adsorption free energy and activated H2O molecules, resulting the dramatically elevated HER performance within a wide pH range. Especially, the NiCoP/S NCs displayed better HER electrocatalytic activity than comical 20% Pt/C at high current density in 1 M KOH and natural seawater: it only needed 266 mV vs. reversible hydrogen electrode (RHE) and 660 mV vs. RHE to arrive the current density of 350 mA cm−2 in 1 M KOH and natural seawater, indicating the application prospect for industrial high current. Besides, NiCoP/S NCs also displayed excellent supercapacitor performance: it showed high specific capacity of 2229.9 F g−1 at 1 A g−1 and energy density of 87.49 Wh kg−1, when assembled into an all-solid-state flexible device, exceeding performance of most transition metal phosphides. This work provides new insights into the regulation in electronic structure and lattice strain for electrocatalytic and energy storage applications.
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