Ti3C2 MXene nanosheets integrated cobalt-doped nickel hydroxide heterostructured composite: An efficient electrocatalyst for overall water-splitting

电催化剂 材料科学 镍 钴 复合数 氢氧化物 兴奋剂 氢氧化钴 化学工程 纳米技术 光电子学 化学 电化学 复合材料 冶金 电极 物理化学 工程类
作者
Amaranadha Reddy Manchuri,Kamakshaiah Charyulu Devarayapalli,Bolam Kim,Youngsu Lim,Dae Sung Lee
出处
期刊:Green Energy & Environment [KeAi]
卷期号:10 (4): 854-868 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.gee.2024.08.006
摘要

Developing an efficient electrocatalyst for superior electrochemical water splitting (EWS) is crucial for achieving comprehensive hydrogen production . A heterostructured electrocatalyst , free of noble metals, Ti 3 C 2 MXene nanosheet-integrated cobalt-doped nickel hydroxide (NHCoMX) composite was synthesized via a hydrothermal method . The abundant pores in the Ti 3 C 2 MXene nanosheet (MX)–integrated microarchitecture increased the number of active sites and facilitated charge transfer, thus enhancing electrocatalysis . Specifically, the MX-enhanced charge transfer considerably transformed the microelectronic structure of cobalt-doped Ni(OH) 2 (NHCo), which promoted its hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER). Hence, as an EWS catalyst, NHCoMX exhibited an exceptional electrocatalytic activity , demonstrating OER and HER overpotentials of 310 mV and 73 mV, respectively, with low Tafel slopes of 65 mV dec −1 and 85 mV dec −1 , respectively; it exhibited a current density of 10 mV cm −2 in 1.0 mol L −1 KOH, representing the closest efficiency to the noble state-of-the-art RuO 2 and Pt/C catalyst. Furthermore, the developed electrocatalyst improved the activities of both HER and OER, leading to an overall EWS current density of 10 mA cm −2 at 1.72 V in an alkaline electrolyte with two electrodes. This study describes an efficient heterostructured NHCoMX composite electrocatalyst. It is significantly comparable to the noble state-of-the-art electrocatalysts and can be extended to fabricate resourceful catalysts for large-scale EWS applications.
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