Heterostructured Mo2N–Mo2C Nanoparticles Coupled with N‐Doped Carbonized Wood to Accelerate the Hydrogen Evolution Reaction

碳化 催化作用 纳米颗粒 材料科学 电解质 电催化剂 电极 解吸 可逆氢电极 吸附 化学工程 密度泛函理论 纳米技术 电化学 化学 物理化学 计算化学 有机化学 参比电极 工程类
作者
Jangwon Bang,In Kyu Moon,Youngkwang Kim,Jungwoo Oh
出处
期刊:Small structures [Wiley]
卷期号:4 (8) 被引量:41
标识
DOI:10.1002/sstr.202200283
摘要

Mo 2 C is a promising non‐precious hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalyst. However, regulating the strong hydrogen adsorption characteristics of Mo 2 C and finding suitable support electrodes are essential processes before Mo 2 C can replace Pt to realize a sustainable hydrogen economy. Herein, the facile synthesis of heterostructured Mo 2 N–Mo 2 C nanoparticles on N‐doped carbonized wood (Mo 2 N–Mo 2 C/N‐CW) as a self‐supported electrode through carbonization and NH 3 plasma treatment is demonstrated. The synergistic effects of heterostructured Mo 2 N–Mo 2 C and N‐CW with aligned microchannels provide enhanced catalytic activity, fast charge transfer kinetics, additional active site exposure, and rapid transport of the electrolyte and H 2 bubbles, which improves the HER performance. Consequently, the Mo 2 N–Mo 2 C/N‐CW electrode exhibits superior HER performance with low overpotentials of only 79 and 311 mV to reach 10 and 500 mA cm −2 in an acidic solution, respectively. It also exhibits long‐term stability for 20 h in the high‐current‐density region (110 mA cm −2 ). The density functional theory (DFT) calculations at various sites reveal that the heterointerface of Mo 2 N and Mo 2 C promoted the catalytic activity by optimizing the adsorption/desorption of hydrogen.
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