Carbon doping switching on the hydrogen adsorption activity of NiO for hydrogen evolution reaction

过电位 离解(化学) 非阻塞I/O 催化作用 吸附 水的自电离 塔菲尔方程 材料科学 无机化学 碳纤维 化学工程 兴奋剂 化学 物理化学 有机化学 电化学 电极 复合材料 工程类 复合数 光电子学
作者
Tianyi Kou,Mingpeng Chen,Feng Wu,Tyler J. Smart,Shanwen Wang,Yishang Wu,Ying Zhang,Shengtong Li,Supriya Lall,Zhonghua Zhang,Yi‐Sheng Liu,Jinghua Guo,Gongming Wang,Yuan Ping,Yat Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:171
标识
DOI:10.1038/s41467-020-14462-2
摘要

Abstract Hydrogen evolution reaction (HER) is more sluggish in alkaline than in acidic media because of the additional energy required for water dissociation. Numerous catalysts, including NiO, that offer active sites for water dissociation have been extensively investigated. Yet, the overall HER performance of NiO is still limited by lacking favorable H adsorption sites. Here we show a strategy to activate NiO through carbon doping, which creates under-coordinated Ni sites favorable for H adsorption. DFT calculations reveal that carbon dopant decreases the energy barrier of Heyrovsky step from 1.17 eV to 0.81 eV, suggesting the carbon also serves as a hot-spot for the dissociation of water molecules in water-alkali HER. As a result, the carbon doped NiO catalyst achieves an ultralow overpotential of 27 mV at 10 mA cm −2 , and a low Tafel slope of 36 mV dec −1 , representing the best performance among the state-of-the-art NiO catalysts.

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