A Novel Heterostructure Based on RuMo Nanoalloys and N‐doped Carbon as an Efficient Electrocatalyst for the Hydrogen Evolution Reaction

过电位 材料科学 电催化剂 塔菲尔方程 异质结 兴奋剂 催化作用 化学工程 纳米技术 碳纤维 电化学 光电子学 电极 物理化学 复合数 化学 复合材料 生物化学 工程类
作者
Kejun Tu,Diana Tranca,F. Rodríguez-Hernández,Kaiyue Jiang,Senhe Huang,Zheng Qi,Ming‐Xi Chen,Chenbao Lu,Yuezeng Su,Zhenying Chen,Haiyan Mao,Chongqing Yang,Jinyang Jiang,Hai‐Wei Liang,Xiaodong Zhuang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (46) 被引量:189
标识
DOI:10.1002/adma.202005433
摘要

Abstract Heterostructures exhibit considerable potential in the field of energy conversion due to their excellent interfacial charge states in tuning the electronic properties of different components to promote catalytic activity. However, the rational preparation of heterostructures with highly active heterosurfaces remains a challenge because of the difficulty in component tuning, morphology control, and active site determination. Herein, a novel heterostructure based on a combination of RuMo nanoalloys and hexagonal N‐doped carbon nanosheets is designed and synthesized. In this protocol, metal‐containing anions and layered double hydroxides are employed to control the components and morphology of heterostructures, respectively. Accordingly, the as‐made RuMo‐nanoalloys‐embedded hexagonal porous carbon nanosheets are promising for the hydrogen evolution reaction (HER), resulting in an extremely small overpotential (18 mV), an ultralow Tafel slope (25 mV dec −1 ), and a high turnover frequency (3.57 H 2 s −1 ) in alkaline media, outperforming current Ru‐based electrocatalysts. First‐principle calculations based on typical 2D N‐doped carbon/RuMo nanoalloys heterostructures demonstrate that introducing N and Mo atoms into C and Ru lattices, respectively, triggers electron accumulation/depletion regions at the heterosurface and consequently reduces the energy barrier for the HER. This work presents a convenient method for rational fabrication of carbon–metal heterostructures for highly efficient electrocatalysis.
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