Enhanced metal-support interaction boosted industrial electrocatalytic water splitting performance of supported Ru nanoparticles on Ni3N/NiO heterojunction

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作者
Rui Li,Mingzi Sun,Xiangjian Liu,Zengtao Lv,Xinyu Yu,Jinming Wang,Yarong Liu,Liuhua Li,Wenxiu Yang,Bolong Huang,Xiao Feng,Bo Wang
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-1986860/v1
摘要

Abstract Developing highly efficient and stable hydrogen production electrocatalysts for water splitting at industrial current densities remains a great challenge. Herein, we fabricated Ru nanoparticle-anchored ultrathin Ni3N/NiO heterostructure nanosheets (Ru-Ni3N/NiO) for efficient electrochemical water splitting (EWS). Density function theory (DFT) calculations demonstrated that the formation of Ni3N/NiO-heterostructures improve the structural stability, electronic distributions, and orbital coupling of Ru-Ni3N/NiO compared to single-phase-metal-carrier catalysts (Ru-Ni3N and Ru-NiO), which increases the electroactivity and further lead to strongly decreased energy barriers for EWS. As a proof-of-concept, the catalyst with oriented 2D nanosheet array morphology, mono-dispersed Ru nanoparticles, and strong metal-support interaction (MSI) was successfully constructed. Furthermore thus-obtained Ru-Ni3N/NiO-based EWS devices can realize an industrial current density of 1000 mA cm−2 at 1.74 V and 1.80 V under alkaline pure water and seawater conditions, respectively. Additionally, high durability of 1000 h (@ 500 mA cm−2) can also be achieved in the alkaline pure water EWS device.

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