Revealing the Effect of Anion Regulation in NiCo2X4 (X = O, S, Se, Te) on Photoassisted Methanol Electrocatalytic Oxidation

催化作用 贵金属 阳极 甲醇 光催化 化学 电化学 吸附 无机化学 金属 尖晶石 材料科学 物理化学 电极 有机化学 冶金 生物化学
作者
Lei Qian,Fangxuan Wang,Quan Du,Rongfu Huang,Dandan Wang,Lingling Yang
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:40 (36): 19134-19145
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c02252
摘要

Designing nonprecious metal anode catalysts for photoassisted direct methanol fuel cells (PDMFCs) remains a challenge. As a semiconductor catalyst with a spinel structure, NiCo2O4 has good methanol catalytic oxidation activity and photocatalytic activity, making it a highly promising anode non-noble metal catalyst for PDMFCs. However, compared with the noble metal catalyst, the photoelectrocatalytic activity remained to be improved. In this report, an anion regulation strategy was adopted to improve the photoassisted methanol electrocatalytic activity. Using a CoNi-Aspartic (CoNi-Asp) nanorod as the precursor, the anion-regulated NiCo2X4 (X = O, S, Se, Te) was prepared by oxidation, sulfuration, selenization, and telluridation reactions. The regulation of anions and their effects on the electronic structure, intermediate product, and photoelectric catalytic performance of NiCo2X4 (X= O, S, Se, Te) was systematically discussed. Photoelectrochemical characterization and adsorption energy of •OH revealing the volcano-like correlation between the anion in NiCo2X4 (X = O, S, Se, Te) and their photoelectrocatalytic performance. The narrowest band gap (2.239 eV), the highest •OH adsorption energy (−3.32 eV), and the highest ratio of Co3+/Co2+ (2.19) ensure the best photoelectric catalytic performance of NiCo2S4, under the visible light irradiation, the photoresponse current density was 1.9 A g–1, the current density at 0.6 V was up to 21.9 A g–1. After 9 h of stability testing, the current retention rate was 80%. This report sheds an idea for the rational design of non-noble anode catalysts for PDMFCs.
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