Mo-Doped Ni 2 P/FeP 4 Heterostructure with Enhanced Interfacial Charge Transfer and Electron Availability for Efficient Water Electrolysis at Large Current Densities

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作者
Haoze Zhou,Yang Feng,Shuning Huo,Li Sun,Yanqing Jiao,Chunmei Lv,Xiuwen Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:14 (27): 12180-12189
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.6c03443
摘要

Developing efficient and durable bifunctional electrocatalysts for overall water splitting (OWS) at high current densities and achieving a comprehensive understanding of the catalytic mechanism remains a critical challenge. Herein, we report a Mo-doped Ni 2 P/FeP 4 nanosheet array (Mo-Ni 2 P/FeP 4 ) grown in situ on a nickel foam as a model catalyst, which synergistically integrates the merits of Mo doping and a heterostructure. The optimized Mo-Ni 2 P/FeP 4 delivers high current densities of 500/1000 mA cm −2 at low overpotentials of 334/416 mV for the oxygen evolution reaction (OER) and 291/409 mV for the hydrogen evolution reaction (HER), respectively. Resultantly, the assembled alkaline electrolyzer achieved a low voltage of 1.85 V at 500 mA cm −2, outperforming most reported bifunctional electrocatalysts. Mechanistic studies reveal that the build-in electric field at the heterointerface promotes charge transfer from Mo-Ni 2 P to Mo-FeP 4, while Mo doping-induced work function modulation increases surface electron availability. This dual regulation simultaneously enhances HER kinetics by optimizing the hydrogen adsorption Gibbs free energy (Δ G H* ) at the Mo site and improves OER activity by lowering the energy barrier of the rate-determining step. This research provides an impressive “two-pronged” strategy by coupling heteroatom doping with heterostructure engineering to achieve efficient alkaline OWS performance at high current densities.
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