Hydrogen‐Bond Regulation of the Microenvironment of Ni(II)‐Porphyrin Bifunctional Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting

双功能 电催化剂 分解水 析氧 吡啶 催化作用 材料科学 电解水 卟啉 电解质 无机化学 氢键 电解 化学 光化学 电化学 物理化学 电极 有机化学 分子 光催化
作者
Yanyan Zhang,Shengtao Chen,Yuexing Zhang,Renjie Li,Bing Zhao,Tianyou Peng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (19) 被引量:74
标识
DOI:10.1002/adma.202210727
摘要

Accurately regulating the microenvironment around active sites is an important approach for boosting the overall water splitting performance of bifunctional electrocatalysts, which can drive both the oxygen evolution reaction (OER) and the hydrogen evolution reaction (HER) in the same electrolyte. Herein, pseudo-pyridine-substituted Ni(II)-porphyrins (o-NiTPyP, m-NiTPyP, and p-NiTPyP) with pseudo-pyridine N-atoms located at the ortho-, meta-, or para-position are prepared and used as model catalysts for alkaline water splitting. Experimental and theoretical results reveal that the pseudo-pyridine N-atom positions can regulate the microenvironment around the active sites and the adsorption free energy of H-donating substances by affecting the H-bonding interaction and the NNiN bond angles of active sites, and thus those pseudo-pyridine-substituted Ni(II)-porphyrins deliver better electrocatalytic activity than the Ni(II)-tetraphenylporphyrin (NiTPP) without pseudo-pyridine N-atoms. Among them, m-NiTPyP on carbon nanotubes delivers the lowest overpotentials of 267 and 138 mV at 10 mA cm-2 for the OER and HER, respectively. Specifically, m-NiTPyP as bifunctional electrocatalyst in an alkaline electrolyzer requires only 1.62 V to drive efficient overall water splitting at 10 mA cm-2 while remaining durable. This work proposes a new H-bond-regulating approach of the microenvironment of electrocatalysts for effectively boosting the overall water splitting activity and deeply understanding its related mechanism.
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