Ru−FeNi Alloy Heterojunctions on Lignin‐derived Carbon as Bifunctional Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting

双功能 分解水 析氧 化学工程 催化作用 材料科学 碳纤维 制氢 电催化剂 热解 无机化学 化学 电化学 电极 物理化学 复合数 光催化 有机化学 工程类 复合材料
作者
Xuliang Lin,Jianglin Liu,Xueqing Qiu,Bowen Liu,Xiaofei Wang,Liheng Chen,Yanlin Qin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (33) 被引量:87
标识
DOI:10.1002/anie.202306333
摘要

Rational design of efficient, stable, and inexpensive bifunctional electrocatalysts for oxygen evolution reactions (OER) and hydrogen evolution reactions (HER) is a key challenge to realize green hydrogen production via electrolytic water splitting. Herein, Ru nanoparticles and FeNi alloy heterojunction catalyst (Ru-FeNi@NLC) encapsulated via lignin-derived carbon was prepared by self-assembly precipitation and in situ pyrolysis. The designed catalyst displays excellent performance at 10 mA cm-2 with low overpotentials of 36 mV for HER and 198 mV for OER, and only needs 1.48 V for overall water splitting. Results and DFT calculations show the unique N-doped lignin-derived carbon layer and Ru-FeNi heterojunction contribute to optimized electronic structure for enhancing electron transfer, balanced free energy of reactants and intermediates in the sorption/desorption process, and significantly reduced reaction energy barrier for the HER and OER rate-determining steps, thus improved reaction kinetics. This work provides a new in situ pyrolysis doping strategy based on renewable biomass for the construction of highly active, stable and cost-effective catalysts.
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