High-performance alkaline water splitting by Ni nanoparticle-decorated Mo-Ni microrods: Enhanced ion adsorption by the local electric field

分解水 电场 离子 吸附 纳米颗粒 材料科学 催化作用 无机化学 化学工程 纳米技术 化学 冶金 光催化 物理化学 有机化学 物理 工程类 量子力学
作者
Huangjingwei Li,Chao Cai,Qiyou Wang,Shanyong Chen,Junwei Fu,Bao Liu,Qingnan Hu,Kangman Hu,Hongmei Li,Junhua Hu,Qiming Liu,Shaowei Chen,Min Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:435: 134860-134860 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.134860
摘要

• Remarkable electrocatalytic activity towards both HER and OER. • Excellent performance as bifunctional catalysts in full water splitting. • Finite-element simulations confirm a localized electric field at Ni/Mo-Ni. • The OH – adsorption measurements demonstrate the localized electric field. Hydrogen production by alkaline water electrolysis represents an effective route for low-cost and clean energy conversion. However, as hydrogen ions (H + ) are the minority species in alkaline media, the kinetics of hydrogen evolution reaction (HER) is markedly reduced. Concurrently, the transport of hydroxide ions (OH – ) is limited under large current density in alkaline oxygen evolution reaction (OER). Herein, Ni nanoparticles-decorated Mo-Ni microrods (Ni/Mo-Ni) are adopted to boost the ion adsorption. Finite-element simulations suggest that a strong local electric field around the Ni nanoparticles exponentially increases ion adsorption towards the electrode surface, which facilitates reaction kinetics and mass transfer for HER at the cathode and OER at the anode. Thus, the Ni/Mo-Ni electrode exhibits a low overpotential of only −24 mV for HER and + 215 mV for OER to reach the current density of 10 mA cm −2 , and can achieve an industrial alkaline splitting current density of 100 mA cm −2 at a low voltage of 1.76 V and stably operate for 87 h. This work suggests a new paradigm in the design and engineering of high-performance catalysts for alkaline electrolyzers.
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