Oxygen vacancy engineering of zinc oxide for boosting piezo-electrocatalytic hydrogen evolution

催化作用 析氧 氧气 解吸 材料科学 氧化物 可逆氢电极 制氢 空位缺陷 化学工程 纳米技术 冶金 化学 电化学 电极 工程类 物理化学 结晶学 有机化学 吸附 参比电极
作者
Xin Xiong,Yang Wang,Jiangping Ma,Yingxin He,Jingyan Huang,Yajie Feng,Chaogang Ban,Li‐Yong Gan,Xiaoyuan Zhou
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:616: 156556-156556 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.156556
摘要

Vibration-driven piezo-electrocatalytic hydrogen evolution reaction has drawn great interest in the past years as it provides an effective approach to harvest the dispersed and extensive mechanical energy. However, its wide applications remain a grand challenge due to the unsatisfied catalytic activity of currently available piezo-electrocatalysts. Here, the defect engineering is applied in the hydrothermally-synthesized ZnO by heat treatment to fabricate ZnO catalysts with various concentrations of oxygen vacancy. Under the stimulation of ultrasonic vibration, ZnO with optimal oxygen vacancy concentration shows a piezo-electrocatalytic H2 yield of 3.8 mmol·h−1·g−1. The controlled experiments of piezo-current response and electrochemical impedance spectroscopy disclose that the piezo-generated carriers’ separation and transfer are greatly enhanced in ZnO after introducing oxygen vacancies. Density functional theory calculations uncover that the oxygen vacancies of ZnO play an important role in facilitating H desorption. This work delivers an efficient strategy to achieve the simultaneous improvement of carrier dynamics and surface reaction and ultimately promote piezo-electrocatalytic H2 evolution.
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