Interface Engineering via Ti3C2Tx MXene Enabled Highly Efficient Bifunctional NiCoP Array Catalysts for Alkaline Water Splitting

双功能 材料科学 催化作用 分解水 接口(物质) 无机化学 纳米技术 化学工程 有机化学 复合材料 毛细管数 光催化 工程类 化学 毛细管作用
作者
Minsik Jeong,Sanghyeon Park,Taehyun Kwon,Minsol Kwon,Seoyeon Yuk,Seulgi Kim,Changho Yeon,Chan-Woo Lee,Dongju Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (27): 34798-34808 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsami.4c00798
摘要

Developing a non-noble metal-based bifunctional electrocatalyst with high efficiency and stability for overall water splitting is desirable for renewable energy systems. We developed a novel method to fabricate a heterostructured electrocatalyst, comprising a NiCoP nanoneedle array grown on Ti3C2Tx MXene-coated Ni foam (NCP-MX/NF) using a dip-coating hydrothermal method, followed by phosphorization. Due to the abundance of active sites, enhanced electronic kinetics, and sufficient electrolyte accessibility resulting from the synergistic effects of NCP and MXene, NCP-MX/NF bifunctional alkaline catalysts afford superb electrocatalytic performance, with a low overpotential (72 mV at 10 mA cm–2 for HER and 303 mV at 50 mA cm–2 for OER), a low Tafel slope (49.2 mV dec–1 for HER and 69.5 mV dec–1 for OER), and long-term stability. Moreover, the overall water splitting performance of NCP-MX/NF, which requires potentials as low as 1.54 and 1.76 V at a current density of 10 and 50 mA cm–2, respectively, exceeded the performance of the Pt/C∥IrO2 couple in terms of overall water splitting. Density functional theory (DFT) calculations for the NCP/Ti3C2O2 interface model predicted the catalytic contribution to interfacial formation by analyzing the electronic redistribution at the interface. This contribution was also evaluated by calculating the adsorption energetics of the descriptor molecules (H2O and the H and OER intermediates).
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