Hierarchical electronic coupling engineering of bimetallic sulfide driven by CoFe bimetal MOFs anchored on MXene promotes efficient overall water splitting

双金属片 材料科学 分解水 硫化物 双金属 密度泛函理论 合金 化学工程 电化学 电催化剂 催化作用 电极 化学 物理化学 金属 计算化学 冶金 生物化学 光催化 工程类
作者
Mingjing Li,Shaobo Zhou,Ran Sun,Sheng Han,Jibo Jiang
出处
期刊:Fuel [Elsevier]
卷期号:358: 130256-130256 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2023.130256
摘要

Rational design cost-effective water-splitting catalysts are essential for current energy storage and conversion. Here, we ingeniously design alloy-phase bimetallic sulfides anchored on the conductive substrate MXene, obtained by a facile topological hydrothermal sulfide method of self-template sacrifice using bimetallic MOFs. Density functional theory calculations (DFT) and related material characterization demonstrate that electron rearrangement at the atomic/orbital level and hierarchical electronic coupling between Schottky heterostructures of MXene boosts charge transfer efficiency, the asymmetric 3d electronic structure of the Co-Fe atoms optimizes the d-band center value εd of the Co8FeS8 MXene/NF. Thus, the efficient composite electrocatalyst of Co8FeS8 MXene/NF with multi-metal active sites exhibits extraordinary electrocatalytic performance with remarkably low overpotentials of 171 mV (OER) and 108 mV (HER) at 10 mA cm−2, respectively. Notably, when used in 1 M KOH electrolytic cell, Co8FeS8 MXene/NF also accelerate overall water splitting at an ultra-low cell voltage of only 1.51 V at 10 mA cm−2, far exceeding that of standard Pt-C/NF//RuO2/NF electrodes (1.59 V). This work gives an effective strategy to construct MOF-derived alloy-phase bimetallic sulfides and improve the intrinsic activity of alloy-phase bimetallic sulfides electrochemical catalysts.
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