Carbide-directed enhancement of electrochemical hydrogen evolution reaction on tungsten carbide–oxide heterostructure

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作者
Yen‐Linh Thi Ngo,K.C. Bhamu,Anastasiia Voronova,Jayasmita Jana,Sung Gu Kang,Jin Suk Chung,Won Mook Choi,Jong Hyun Jang,Seung Hyun Hur,Bora Seo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:450: 137915-137915 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137915
摘要

Carbide–oxide heterointerfaces have been known to be responsible for electrochemical activity, however, it is rarely investigated in tungsten carbide-oxide heterostructure for the hydrogen evolution reaction (HER). Furthermore, typical carbide preparation includes carbonization of oxide under gaseous carbon sources at a high temperature, resulting in sintering and collapse of the heterostructures. In this work, nano-sized carbon dots (CDs, ∼2 nm in diameter) were adopted as carbon sources and dispersed on tungsten oxide nanorods allowing abundant nucleation sites for oxide-to-carbide conversion, resulting in high density of carbide-oxide heterointerfaces. The resulting tungsten carbide-oxide heterostructure decorated with carbon dots (WO(3−x) − WCy/CDs) exhibited superior electrocatalytic activity toward the HER with a low overpotential of 65 mV at a current density of − 10 mA cm−2 in acidic media. This performance is among the best electrocatalytic activities compared to the state-of-the-art tungsten carbide-based electrocatalysts. Importantly, the single-cell test using WO(3−x) − WCy/CDs as the cathode showed a current density of 10 mA cm−2 with a cell voltage of only 1.47 V, which is very close to that for Pt/C (1.41 V). In addition, a combined analysis of the X-ray spectroscopic and electrochemical results suggested an optimal W–C ratio in the tungsten carbide-oxide composite to guarantee the high HER activity. Theoretical calculations provided more insight into the carbide-directed enhancement of the electrocatalytic activity of WO(3−x) − WCy/CDs.
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