Interstitial Doping in Ultrafine Nanocrystals for Efficient and Durable Water Splitting

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作者
Minming Jiang,Jiang Xu,Jiang Xu,Yujie Chen,Yujie Chen,Luqi Wang,Qi Zhou,Paul Munroe,Linlin Li,Zong‐Han Xie,Shengjie Peng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (14): e202424195-e202424195 被引量:28
标识
DOI:10.1002/anie.202424195
摘要

Transition metal-based catalysts with high efficiency and stability for overall water splitting (OWS) offer significant potential for reducing green hydrogen production costs. Utilizing sputtering deposition technology, we propose a deposition-diffusion strategy to fabricate heterojunction coatings composed of ultrafine FeCoNi-C-N transition metal interstitial solid solution (TMISS) nanocrystals and amorphous nitrided carbon (NC) on the pre-deposited NC micro column arrays. The diffusion of C and N atoms results in the formation of uniformly distributed TMISS nanocrystals, with an average diameter of ~1.9 nm, thus maximizing atomic utilization. The unique crystalline-amorphous heterojunction interface enhances electrocatalytic stability. Furthermore, the electronic regulation of metal sites by interstitial C and N atoms not only optimizes the adsorption-dissociation process in hydrogen evolution reaction (HER), but also accelerates the surface reconstruction of hydroxyl oxides to enhance the oxygen evolution reaction (OER) activity. As a result, the as-prepared coating achieved overpotentials of only 62 mV and 237 mV for the HER and OER at 10 mA cm-2 in alkaline electrolytes, and exhibited excellent OWS performance and long-term stability at high current densities. This work presents a new perspective for synthesizing TMISS nanocrystals and promotes their application in bifunctional electrocatalysts.
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