Ni-based multi-interface engineering on MXene (Ti3C2Tx) modified electrode for all-pH-value hydrogen evolution

电解质 催化作用 电极 化学工程 吸附 材料科学 密度泛函理论 可逆氢电极 无机化学 化学 纳米技术 物理化学 有机化学 计算化学 工作电极 冶金 工程类
作者
Huasen Wang,Lingxuan Meng,Suyi Liu,Huan Liu,Feng Wang,Huimin Wu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:476: 146929-146929 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146929
摘要

The research of electrocatalysts with high efficiency and stability towards hydrogen evolution reaction (HER) in all-pH-value plays a vital role in advancing clean energy development, while it is still a huge challenge. In this article, Ni3S2 was effectively attached to the surface of MXene-modified nickel foam (NF) (Ni3S2@ MXene/NF) using an electrodeposition method, resulting in loose flower-like structures with a larger surface area. Furthermore, the concentration of electrolyte solution affects the catalytic performances. Impressively, the optimized Ni3S2@MXene/NF shows remarkable HER performances in 0.5 M H2SO4, 1 M KOH, and 1 M PBS (pH = 7), demanding overpotentials of 239, 172, and 94 mV to attain 30 mA cm−2 with excellent stability, respectively. The results from in-situ X-ray diffraction (XRD) revealed that stability is determined by the crystal planes of (0 2 0), (1 2 0), and (2 2 1) in a neutral solution. Furthermore, density functional theory (DFT) showed that the multi-interface engineering is constituted by the combination of MXene and Ni3S2, which can maximum optimize the free energy of the catalyst surface adsorption of H2O and H* within a wide pH range. This research presents a pioneering approach to catalyst modification for enhancing hydrogen production efficiency in all-pH-value electrolyte.
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