Regulating Hollow Carbon Cage Supported NiCo Alloy Nanoparticles for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction

材料科学 合金 电催化剂 笼子 化学工程 碳纤维 纳米颗粒 纳米技术 冶金 复合数 复合材料 物理化学 电化学 有机化学 化学 电极 工程类 组合数学 数学
作者
Bo Qi,Wen Chang,Qi‐Xin Xu,Luran Jiang,Sai An,Jin‐Feng Chu,Yu‐Fei Song
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 12078-12087 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00385
摘要

The NiCo alloy is one of the most promising alternatives to the noble-metal electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER); however, its performance is largely restricted by insufficient active sites and low surface area. Here, we fabricated a hierarchical hollow carbon cage supported NiCo alloy (denoted as HC NiCo/C) and a bulk NiCo alloy (denoted as NiCo) by reduction of a partially ZIF-67 etched ZIF-67@NiCo-LDH (LDH = layered double hydroxide) precursor and a fully ZIF-67 etched NiCo-LDH precursor, respectively. The as-prepared HC NiCo/C, in which the Ni29Co71 alloy nanocrystals with an average 6 nm size were encapsulated in graphitic carbon layers, provided a vastly increased electrochemically active surface area (ca. 13 times than the NiCo) and abundant catalytic active sites, which resulted in a higher HER performance with an overpotential of 99 mV than the 198 mV for NiCo at 10 mA cm-2. Detailed experimental results suggested that only the HC NiCo/C possessed the active alloy surface composed of unsaturated Ni0 and Co0 atoms, and both the metal-support interaction and alloying effect influenced the electronic structure of Co and Ni in HC NiCo/C, whereas the NiCo exhibited pure Ni surface. Theoretical calculations further revealed the Ni29Co71 alloy surface in HC NiCo/C possessed the appropriate adsorption energy of the intermediate state (adsorbed H*). This work provided new insight into the construction of the stable small-sized bimetallic alloy nanocatalysts by regulating the reduction precursors.
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