Modulating the Structure of Interfacial Water via Oxygen‐Coordinated Tungsten Single‐Atom on Nickel Sulfide Slab to Boost Alkaline Hydrogen Evolution

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作者
Wen‐Gang Cui,Xiangrong Ren,Shoudong Wang,Yingxian Zhang,Zhenglong Li,Ke Wang,Fan Gao,Zichao Shen,Yanxia Liu,Xingqiang Wang,Zhijun Wu,Yaxiong Yang,Dingsheng Wang,Mingxia Gao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202503257
摘要

Abstract The sluggish kinetics of the Volmer step (water dissociation) in alkaline hydrogen evolution reaction (HER) remain a critical bottleneck. Herein, an oxygen‐coordinated tungsten single‐atom anchored on nickel sulfide (W 1 O/NiS) slabs is proposed to dynamically modulate the interfacial water network. Combining experimental and theoretical approaches, it is revealed that the atomic‐level W 1 O motifs induce a localized electric field, which affords an enriched supply of free water at the inner Helmholtz plane (IHP), as well as reorients interfacial water molecules to a “H‐down” configuration. This structural transition lowers the energy barrier of the Volmer step (H 2 O + e − → H * + OH − ) from 2.41 to 1.02 eV, thereby enhancing the alkaline HER activity. As a result, the developed W 1 O/NiS catalyst achieves an ultralow overpotential of 76 and 236 mV at 10 and 1000 mA cm −2 in 1 m KOH, respectively, maintaining 98% stability after 300 h at a current density of 200 mA cm −2 , surpassing most of the reported Ni‐based HER catalysts. This work provides atomic‐level insights into the electrocatalytic microenvironment engineering for water electrolysis.
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