Three-dimensional-networked Ni2P/Ni3S2 heteronanoflake arrays for highly enhanced electrochemical overall-water-splitting activity

材料科学 分解水 析氧 磷化物 电催化剂 电化学 硫化镍 电解水 电解 纳米技术 化学工程 催化作用 电解质 电极 物理化学 冶金 生物化学 光催化 工程类 化学
作者
Lingyou Zeng,Kaian Sun,Xiaobo Wang,Yunqi Liu,Yuan Pan,Dongwei Cao,Song Yue,Sihui Liu,Chenguang Liu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:51: 26-36 被引量:360
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.06.048
摘要

The exploration of highly active and stable noble-metal-free electrocatalysts for hydrogen and oxygen evolution reaction is a challenging task to achieve sustainable production of H2 through water splitting. Herein, we present the design and synthesis of a novel three-dimensional(3D)-networked heterogeneous nickel phosphide/sulfide electrocatalyst consisting of Ni2P strongly coupled with Ni3S2 in situ grown on Ni foam. Benefiting from the strong interfacial coupling effects between Ni2P and Ni3S2, large surface area, highly conductive Ni foam support, and the unique 3D open configuration, the optimal 3D-networked hybrid electrode exhibits superior electrocatalytic activity with extremely low overpotentials of 80 and 210 mV to deliver a current density of 10 mA cm−2 for HER and OER in 1.0 M KOH, respectively. Assembled as an electrolyzer for overall water splitting, this electrode delivers an impressive low onset potential of only 1.45 V and gives a current density of 10 mA cm−2 at a very low cell voltage of 1.50 V, which is dramatically superior to the current state-of-the-art electrocatalysts. In combination with density functional theory (DFT) calculations, this study demonstrates that the strong coupling interactions between Ni2P and Ni3S2 synergistically optimize the electronic structure and tune the hydrogen (or water) adsorption energy, thus significantly enhancing the overall electrochemical water-splitting activity. Our work might shed some new lights on the design and fabrication of efficient and robust three-dimensional hybrid electrode materials for a variety of electrochemical applications.
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