Hollow NiMo-based nitride heterojunction with super-hydrophilic/aerophobic surface for efficient urea-assisted hydrogen production

异质结 X射线光电子能谱 催化作用 材料科学 制氢 纳米技术 化学工程 光电子学 解吸 热液循环 吸附 化学 物理化学 工程类 有机化学
作者
Yuying Fan,Ying Gu,Dongxu Wang,Yanqing Jiao,Aiping Wu,Chungui Tian
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:95: 428-439 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.04.002
摘要

Hydrogen evolution reaction (HER) and urea oxidation reaction (UOR) are key reactions of the water-cycling associated catalytic process/device. The design of catalysts with a super-hydrophilic/aerophobic structure and optimized electron distribution holds great promise. Here, we have designed a three-dimensional (3D) hollow Ni/NiMoN hierarchical structure with arrayed-sheet surface based on a one-pot hydrothermal route for efficient urea-assisted HER based on a simple hydrothermal process. The Ni/NiMoN catalyst exhibits super-hydrophilic/aerophobic properties with a small droplet contact angle of 6.07° and an underwater bubble contact angle of 155.7°, thus facilitating an escape of bubbles from the electrodes. Density functional theory calculations and X-ray photoelectron spectroscopy results indicate the optimized electronic structure at the interface of Ni and NiMoN, which can promote the adsorption/desorption of reactants and intermediates. The virtues combining with a large specific surface area endow Ni/NiMoN with efficient catalytic activity of low potentials of 25 mV for HER and 1.33 V for UOR at 10 mA cm−2. The coupled HER and UOR system demonstrates a low cell voltage of 1.42 V at 10 mA cm−2, which is approximately 209 mV lower than water electrolysis.
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