Innovative Catalyst Design of Sea-Urchin-like NiCoP Nanoneedle Arrays Supported on N-Doped Carbon Nanospheres for Enhanced HER Performance

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作者
Xupeng Zhang,Jiabo Wang,Yiyang Bi,Ying Wang,Qun Liu,Yu Zhang,Li Chen
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:40 (10): 5518-5526 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c00078
摘要

Hydrogen (H2) stands as a clean energy alternative to fossil fuels, especially within the domain of the hydrogen evolution reaction (HER), offering prospective solutions to mitigate both environmental and energy-related challenges. In this work, we successfully synthesized a sea-urchin-like catalyst, specifically a nickel-cobalt phosphide nanoneedle array on N-doped carbon nanospheres (Ni0.5Co1.5P@NCSs), for efficient HER by a sequential hydrothermal and low-temperature phosphating process. The catalyst exhibits sea-urchin-like structures, offering a specific surface area of 298 m2 g-1 and consequently furnishing a greater abundance of active sites. Comparing with non-sea-urchin-like Ni0.5Co1.5P@CN catalysts, the Ni0.5Co1.5P@NCSs exhibit an overpotential of 163 mV at 10 mA cm-2, a Tafel slope of 60 mV dec-1, and a maintained current density of approximately 90% during 50 h of continuous electrolysis. Experiments demonstrate that the outstanding electrochemical properties of the Ni0.5Co1.5P@NCSs originate from nitrogen doping of carbon spheres, the distinctive morphology of sea-urchin-like nanoneedle arrays, and simultaneous enhancements in intermediate adsorption energy, charge transfer, and electrolyte diffusion channel shortening. This work emphasizes a preparation strategy for synthesizing an attractive electrocatalyst with a low cost and efficient HER performance.
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