Customized Electronic Modulations of Transition Metal Chalcogenide Electrodes Via Heterointerfacing/High‐Valence Doping Toward High‐Performance Water Electrolysis with Ampere‐Level Current Density

材料科学 分解水 析氧 价(化学) 兴奋剂 过电位 电催化剂 电极 光电子学 电化学 纳米技术 化学物理 化学工程 物理化学 电解质 催化作用 生物化学 化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Xinyu Qin,Bingyi Yan,Tianyu Chen,Zixuan Teng,Deok Ki Cho,Andi Haryanto,Hyun Woo Lim,Chan Woo Lee,Yuanzhe Piao,Lin Xu,Jin Young Kim
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202405262
摘要

Abstract Electrochemical water splitting offers an advancing approach to producing highly pure hydrogen and oxygen, motivated by the prevalence of a low‐carbon economy and the goal of a sustainable future. The customized modulation of electronic structures enables the electrocatalyst to directionally promote hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER), which is a promising shortcut to overall water splitting (OWS). Herein, 3D homologous WSeS/CoSeS heterojunction nanoarrays (WSeS/CoSeS NAs) and W‐doped CoSeS nanoarrays (W‐CoSeS NAs) are investigated. Abundant heterointerfaces within WSeS/CoSeS NAs facilitate HER kinetics, boosting mass diffusivity, and increasing carrier separation and transfer process. High‐valence W 6+ doping into CoSeS prevents phase separation and stabilizes Co sites by charge offset effect, leading to enhanced OER. Consequently, the WSeS/CoSeS NAs and W‐CoSeS NAs reach 10 mA cm −2 at an overpotential of 43.8 and 233.3 mV in 1.0 m KOH electrolyte for HER and OER, respectively. Moreover, when asymmetrically engaged as an electrolyzer, this configuration exhibits extraordinary electrocatalytic performances (cell voltage of 1.51 V at 10 mA cm −2 ) with satisfying stability and mechanical robustness (over 1000 h at 1000 mA cm −2 ). The modulation and manufacture of reaction‐property‐oriented materials are experimentally and theoretically validated potential, illuminating the light of inspiration for multiple applications.
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