Joule heating synthesis of NiFe alloy/MoO2 and in-situ transformed (Ni,Fe)OOH/MoO2 heterostructure as effective complementary electrocatalysts for overall splitting in alkaline seawater

材料科学 合金 焦耳加热 化学工程 异质结 原位 海水 焦耳(编程语言) 冶金 光电子学 化学 复合材料 电气工程 有机化学 海洋学 高效能源利用 工程类 地质学
作者
Zhan Zhao,Jianpeng Sun,Xiang Li,Zisheng Zhang,Xiangchao Meng
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:340: 123277-123277 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123277
摘要

Designing highly-efficient and stable bifunctional seawater splitting electrocatalyst is fascinating, but still face challenges. Guided by unique interfacial properties within heterostructures, we herein reported on a rapid Joule heating method to integrate NiFe alloy on surface of MoO2 as a bifunctional electrocatalyst for seawater splitting. Benefited from the synergistic effects at interfaces of NiFe alloy/MoO2 (denoted as FeMoNi/NF), as-prepared samples exhibited Pt similar HER activity (20 mV @ 10 mA cm-2) in alkaline seawater. Moreover, surface reconstruction could occur on NiFe alloy to generate active (Ni,Fe)OOH/MoO2 heterojunction under OER conditions, which achieved superior activity (250 mV @ 50 mA cm-2) in alkaline seawater. Notably, with the rapid Joule heating, the FeMoNi/NF showed face-centered cubic phase for Fe0.5Ni0.5 alloy, which could further modulate the Fe-Ni bonds, improve electrical conductivity and provide more oxygen defects, thus causing better electrochemical properties than FeMoNi/NF-C (synthesized by conventional method). Of particular note, the extremely low cell voltage (1.45 V @ 10 mA cm-2) without IR compensation was obtained for practical membrane electrode assembly (MEA) electrochemical reactor. In addition, with the introduction of FeMoNi/NF, corresponding high solar-to-hydrogen (STH) conversion efficiency is up to 12.47% for photovoltaic (PV)-assisted water electrolysis system under simulated sun (AM 1.5-G 100 mW·cm−2) illumination. DFT calculations demonstrated the synergetic interactions at the interfaces of alloy-metal oxides as well as the mechanistic research on catalytic sites towards HER/OER.
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