Boosting alkaline hydrogen evolution and Zn–H2O cell induced by interfacial electron transfer

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作者
F.T. Cheng,Lin Wang,Hanqing Wang,Chaojun Lei,Bin Yang,Zhongjian Li,Qinghua Zhang,Lecheng Lei,Shaobin Wang,Yang Hou
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:71: 104621-104621 被引量:100
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104621
摘要

Directly use of metal-organic frameworks (MOFs) as electrocatalysts by taking the intrinsic advantages of MOFs architecture for water splitting have attracted tremendous interest. Herein, we reported a vapor-phase transformation method to construct well-aligned nickel based MOFs (Ni-MOF) nanoarrays grown on electrochemical exfoliated graphite (EG) foil and further phosphorization treatment to derive a Ni-MOF/Ni2[email protected] In such a hybrid structure, Ni2P with a particle size of ~9 nm was encapsulated into Ni-MOF nanorod arrays on EG foil. Profiting from super hydrophilic nature and nanoarray feature, the Ni-MOF/Ni2[email protected] hybrid displayed an excellent activity of hydrogen evolution reaction (HER) with low overpotentials of 132 and 233 mV at 10 and 150 mA cm−2, respectively, as well as a small Tafel slope of 59 mV dec−1 in alkaline media, which are among the best values in all previously reported MOFs-based hybrid HER electrocatalysts and even outperform commercial Pt/C at high current density (250 mV at 150 mA cm−2). The strong coupling effect of the constructed interfaces in this hybrid resulted in an efficient electron transfer from Ni2P to Ni-MOF, which promotes the adsorption of water molecules for accelerating water dissociation step, thus boosting hydrogen generation. Further, this Ni-MOF/Ni2[email protected] could be used as cathode in alkaline Zn–H2O cell, reaching a power density of 4.1 mW cm−2 with high stability to integrate hydrogen production with electricity generation.
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