Interface engineering of Mo-doped Ni9S8/Ni3S2 multiphase heterostructure nanoflowers by one step synthesis for efficient overall water splitting

析氧 异质结 分解水 催化作用 双功能 材料科学 化学工程 电解质 电催化剂 电子转移 纳米技术 化学 光电子学 物理化学 电极 电化学 光催化 生物化学 工程类
作者
Liyan Wang,Xiangdong Xue,Qingjie Luan,Junzhen Guo,Liang Chu,Zhaokun Wang,Baozhen Li,Mu Yang,Ge Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:634: 563-574 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.12.064
摘要

Accelerating charge transfer efficiency by constructing heterogeneous interfaces on metal-based substrates is an effective way to improve the electrocatalytic performance of materials. However, minimizing the substrate-catalyst interfacial resistance to maximize catalytic activity remains a challenge. This study reports a simple interface engineering strategy for constructing Mo-Ni9S8/Ni3S2 heterostructured nanoflowers. Experimental and theoretical investigations reveal that the primary role assumed by Ni3S2 in Mo-Ni9S8/Ni3S2 heterostructure is to replace nickel foam (NF) substrate for electron conduction, and Ni3S2 has a lower potential energy barrier (0.76 to 1.11 eV) than NF (1.87 eV), resulting in a more effortless electron transfer. The interface between Ni3S2 and Mo-Ni9S8 effectively regulates electron redistribution, and when the electrons from Ni3S2 are transferred to Mo-Ni9S8, the potential energy barriers at the heterogeneous interface are 1.06 eV, lower than that between NF and Ni3S2 (1.53 eV). Mo-Ni9S8/Ni3S2-0.1 exhibited excellent oxygen evolution reaction (OER)/hydrogen evolution reaction (HER) bifunctional catalytic activity in 1 M KOH, with overpotentials of only 223 mV@100 mA cm-2 for OER and 116 mV@10 mA cm-2 for HER. Moreover, when combined with an alkaline electrolytic cell, it required only an ultra-low cell voltage of 1.51 V to drive a current density of 10 mA cm-2. This work provides new inspirations for rationally designing interface engineering for advanced catalytic materials.
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