Anion‐Modulated HER and OER Activities of 3D Ni–V‐Based Interstitial Compound Heterojunctions for High‐Efficiency and Stable Overall Water Splitting

分解水 材料科学 离子 异质结 化学工程 催化作用 结晶学 化学 光电子学 有机化学 光催化 工程类
作者
Haijing Yan,Ying Xie,Aiping Wu,Zhicheng Cai,Lei Wang,Chungui Tian,Xiaomeng Zhang,Honggang Fu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (23) 被引量:574
标识
DOI:10.1002/adma.201901174
摘要

Overall water splitting driven by a low voltage is crucial for practical H2 evolution, but it is challenging. Herein, anion-modulation of 3D Ni-V-based transition metal interstitial compound (TMIC) heterojunctions supported on nickel foam (Ni3 N-VN/NF and Ni2 P-VP2 /NF) as coupled hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) catalysts for efficient overall water splitting is demonstrated. The heterointerface in Ni3 N-VN has a suitable H* absorption energy, being favorable for enhancing HER activity with onset overpotential (ηonset ) of zero and Tafel slope of 37 mV dec-1 in 1 m KOH (close to that of Pt/C/NF). For the OER, the synergy of Ni2 P-VP2 with oxide species can give enhanced activity with ηonset of 220 mV and Tafel slope of 49 mV dec-1 . The good activity is ascribed to heterointerface for activating the intermediates, good conductivity of TMICs for electron-transfer, and porous structure facilitation of mass-transport. Additionally, the minimal mutual influence of Ni3 N-VN/NF and Ni2 P-VP2 /NF allows easy coupling for efficient overall water splitting with a low driving voltage (≥1.43 V), a voltage of 1.51 V at 10 mA cm-2 , and remarkable durability for 100 h. It can be driven by a solar cell (1.5 V), indicating its potential to store intermittent energy.
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