Highly Active and Durable Single‐Atom Tungsten‐Doped NiS0.5Se0.5 Nanosheet @ NiS0.5Se0.5 Nanorod Heterostructures for Water Splitting

纳米片 材料科学 分解水 电催化剂 析氧 纳米棒 化学工程 催化作用 纳米技术 物理化学 电化学 化学 电极 生物化学 光催化 工程类
作者
Yang Wang,Xiaopeng Li,Mengmeng Zhang,Jinfeng Zhang,Zelin Chen,Xuerong Zheng,Zhangliu Tian,Naiqin Zhao,Xiaopeng Han,Karim Zaghib,Yuesheng Wang,Yida Deng,Wenbin Hu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (13): e2107053-e2107053 被引量:233
标识
DOI:10.1002/adma.202107053
摘要

Developing robust and highly active non-precious electrocatalysts for the hydrogen/oxygen evolution reaction (HER/OER) is crucial for the industrialization of hydrogen energy. In this study, a highly active and durable single-atom W-doped NiS0.5 Se0.5 nanosheet @ NiS0.5 Se0.5 nanorod heterostructure (W-NiS0.5 Se0.5 ) electrocatalyst is prepared. W-NiS0.5 Se0.5 exhibits excellent catalytic activity for the HER and OER with ultralow overpotentials (39 and 106 mV for the HER and 171 and 239 mV for the OER at 10 and 100 mA cm-2 , respectively) and excellent long-term durability (500 h), outperforming commercial precious-metal catalysts and many other previously reported transition-metal-based compounds (TMCs). The introduction of single-atom W delocalizes the spin state of Ni, which results in an increase in the Ni d-electron density. This causes the optimization of the adsorption/desorption process of H and a significant reduction in the adsorption free energy of the rate-determining step (O* → OOH*), thus accelerating the thermodynamics and kinetics of the HER and OER. This work provides a rational feasible strategy to design single-atom catalysts for water splitting and to develop advanced TMC electrocatalysts by regulating delocalized spin states.
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