Overall Water Splitting on The NiS/NiS2 Heterostructures Featuring Self‐Equilibrium Orbital Occupancy

过电位 析氧 异质结 分解水 材料科学 催化作用 密度泛函理论 化学物理 电化学 化学工程 物理化学 计算化学 光电子学 化学 光催化 电极 生物化学 工程类
作者
Wenli Xu,Rong Zhao,Qiqi Li,Bing Sun,Jing Wu,Wenda Zhong,Yinhong Gao,Nan Xu,Qiang Huang,Yao Yang,Xuanke Li,Nianjun Yang,Qin Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (31) 被引量:82
标识
DOI:10.1002/aenm.202300978
摘要

Abstract Efficient electrochemical overall water splitting requires bi‐functional catalysts that work for both hydrogen and oxygen evolution reactions (HER/OER). A heterostructure is thus proposed to maintain its optimal interactions with H/O‐containing intermediates. A so‐called “orbital occupancy self‐equilibrium” strategy is employed theoretically and experimentally to design such bi‐functional catalysts, namely the incorporation of the V species into a NiS/NiS 2 heterostructure. Owing to the variable valences of both Ni and V species, the electrons are controllably reoriented over the interfacial V─S─Ni bond. The as‐generated dynamic and self‐equilibrium of the electron environment modify an optimal adsorption harmony toward various H/O‐containing intermediates on this heterointerface, enhancing intrinsic activity and reaction kinetics for the HER, the OER, and overall water splitting. This V‐NiS/NiS 2 catalyst exhibits an overpotential of only 94 and 220 mV at a current density of 10 mV cm –2 for the HER and the OER, respectively. This proposed strategy is expected to be workable for other catalysts with variable metal valences and provide insights for an agile interfacial electron allocation on heterostructure catalysts.
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