RE-doped (RE = La, Ce and Er) Ni2P porous nanostructures as promising electrocatalysts for hydrogen evolution reaction

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作者
Qin Wang,Jin‐Xing Liu,Xiao-Chen Yan,Tong Li,Jian Li,Yufei Wang,Long Yan,Longsheng Cao
出处
期刊:Dalton Transactions [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:52 (7): 1895-1901 被引量:4
标识
DOI:10.1039/d2dt03850a
摘要

The construction of an efficient non-noble-metal electrocatalyst towards alkaline hydrogen evolution is challenging but in great demand. The fabrication of a porous nanostructure and heteroatom doping are two productive strategies for developing effective electrocatalysts. In this contribution, we report the preparation of La, Ce and Er-doped Ni2P porous nanostructures through a facile water bath method and phosphorization strategy. The Er-doped Ni2P porous nanostructure exhibits superb hydrogen evolution reaction (HER) catalytic performance under alkaline conditions with a low cathodic overpotential of 87 mV (10 mA cm-2, glassy carbon) and a small Tafel slope of 65.4 mV dec-1. It also displays excellent electrochemical stability in alkaline electrolytes. First-principles density functional theory (DFT) calculations disclosed the mechanism of the alkaline HER catalysis. For pristine Ni2P, the P site acts as the optimal active site with the Gibbs free energy of H* absorption (ΔGH*) of 0.48 eV. After La, Ce and Er are doped, respectively, the P site is still the active center of the three doping systems. Notably, the ΔGH* value is reduced from 0.48 eV to 0.23 eV (P site in La-doped Ni2P), 0.20 eV (P site in Ce-doped Ni2P) and 0.18 eV (P site in Er-doped Ni2P), suggesting that doping with La, Ce and Er atoms plays a crucial role in decreasing the H* absorption energy on optimal P sites and the optimum active site with a smaller ΔGH* can expedite the charge transfer rate for H* midbody and H2 generation. This is particularly noticeable for Er doping, which is in accordance with the experimental result.
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