Electrocatalytic Hydrogen Evolution in Neutral pH Solutions: Dual-Phase Synergy

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作者
Xiaohong Xie,Miao Song,Luguang Wang,Mark Engelhard,Langli Luo,Andy Miller,Yayun Zhang,Lei Du,Huilin Pan,Zimin Nie,Yuanyuan Chu,Luis Estevez,Zidong Wei,Hong Liu,Chongmin Wang,Dongsheng Li,Yuyan Shao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:9 (9): 8712-8718 被引量:130
标识
DOI:10.1021/acscatal.9b02609
摘要

Electrolysis in neutral pH solutions (e.g., wastewater and seawater) presents a transformative way for environmentally friendly, cost-effective hydrogen production. However, one of the biggest challenges is the lack of active, robust hydrogen evolution reaction (HER) catalysts. Herein, we present a catalyst with dual-active sites of MoP2 and MoP, which function synergistically to promote HER in neutral pH solutions. In our microbial electrolysis cell (MEC) test, which uses neutral pH wastewater as feedstock, this catalyst delivers an average HER current density of 157 A mcathode-surface-area–2, higher than Pt catalyst (145 A mcathode-surface-area–2)—with the same amount of catalyst loading, ∼5 times higher than the state-of-art Pt group metal-free catalysts in MECs. Our catalyst also outperforms Pt in natural seawater with ∼10% higher and more stable HER current density. The fundamental reason for the enhanced HER performance is identified to be the synergy between MoP2 and MoP phases, with MoP2 promoting H2O dissociation and MoP efficiently converting Had into H2.
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