Enhanced Metal‐Support Interactions Boost the Electrocatalytic Water Splitting of Supported Ruthenium Nanoparticles on a Ni3N/NiO Heterojunction at Industrial Current Density

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作者
Rui Liu,Mingzi Sun,Xiangjian Liu,Zunhang Lv,Xinyu Yu,Jinming Wang,Yarong Liu,Liuhua Li,Xiao Feng,Wenxiu Yang,Bolong Huang,Bo Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (46) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/anie.202312644
摘要

Developing highly efficient and stable hydrogen production catalysts for electrochemical water splitting (EWS) at industrial current densities remains a great challenge. Herein, we proposed a heterostructure-induced-strategy to optimize the metal-support interaction (MSI) and the EWS activity of Ru-Ni3 N/NiO. Density functional theory (DFT) calculations firstly predicted that the Ni3 N/NiO-heterostructures can improve the structural stability, electronic distributions, and orbital coupling of Ru-Ni3 N/NiO compared to Ru-Ni3 N and Ru-NiO, which accordingly decreases energy barriers and increases the electroactivity for EWS. As a proof-of-concept, the Ru-Ni3 N/NiO catalyst with a 2D Ni3 N/NiO-heterostructures nanosheet array, uniformly dispersed Ru nanoparticles, and strong MSI, was successfully constructed in the experiment, which exhibited excellent HER and OER activity with overpotentials of 190 mV and 385 mV at 1000 mA cm-2 , respectively. Furthermore, the Ru-Ni3 N/NiO-based EWS device can realize an industrial current density (1000 mA cm-2 ) at 1.74 V and 1.80 V under alkaline pure water and seawater conditions, respectively. Additionally, it also achieves a high durability of 1000 h (@ 500 mA cm-2 ) in alkaline pure water.
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