Free-standing trimodal porous NiZn intermetallic and Ni heterojunction as highly efficient hydrogen evolution electrocatalyst in the alkaline electrolyte

过电位 金属间化合物 材料科学 电催化剂 塔菲尔方程 分解水 化学工程 催化作用 电解质 电化学 冶金 合金 电极 物理化学 化学 有机化学 工程类 光催化
作者
Qiuxia Zhou,Hao Qin,Yaxin Li,Jinghua Yu,Caixia Xu,Hong Liu,Shishen Yan
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:89: 106402-106402 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106402
摘要

Intermetallics have attracted considerable research interests in a variety of electrocatalysis reactions due to their specific activity, selectivity, and stability arising from more severe alternation of electronic structure than substitutional alloys. Herein, we report one free-standing trimodal porous β1-NiZn intermetallic and Ni heterostructure on Ni foam (TMP NiZn-Ni/NF) for hydrogen evolution reaction (HER) via electrochemical water-alkali splitting through one convenient and scalable dealloying strategy. Benefitting from high density reactive sites and fluent mass transfer as a result of trimodal porous architecture and strong electronic modulation from NiZn intermetallic, TMP NiZn-Ni/NF primely overcomes the sluggish hydrogen evolving kinetics with superior catalytic performances comparable to Pt/C and many other reported similar electrocatalysts. TMP NiZn-Ni/NF only required the low overpotential of 233 mV at high rate of 600 mA cm−2 with the small Tafel slope at 47.3 mV dec−1 in 1.0 M KOH solution. TMP NiZn-Ni/NF also exhibits exceptional catalytic durability toward HER with almost no current loss under the overpotential of 100 mV for 50 h. Theoretical calculations reveal that β1-NiZn intermetallic itself has low Gibbs free energy for H adsorption (ΔGH*), while it can also greatly decrease the ΔGH* of heterojuncted Ni. This work presents one powerful and scalable protocol to screen self-supporting nonprecious intermetallic nanocatalysts with high density active sites and outstanding catalytic efficiency.
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