Triple Functions of Ni(OH)2 on the Surface of WN Nanowires Remarkably Promoting Electrocatalytic Activity in Full Water Splitting

过电位 分解水 双功能 析氧 催化作用 无机化学 材料科学 化学工程 电催化剂 电化学 化学 物理化学 光催化 电极 有机化学 工程类
作者
Cuncai Lv,Xiaobo Wang,Linjie Gao,Aijian Wang,Shufang Wang,Ruining Wang,Xingkun Ning,Yaguang Li,Danil W. Boukhvalov,Zhipeng Huang,Chi Zhang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (22): 13323-13333 被引量:148
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c02891
摘要

Discovering efficient and promising non-noble catalysts toward the alkaline hydrogen evolution reaction (HER) is vital for a clean energy system. Here, we design an efficient alkaline HER electrocatalyst, coating of WN nanowire core with a Ni(OH)2 shell supported on a carbon fiber paper (WN-Ni(OH)2). In a 1 M KOH solution, the hierarchical electrocatalyst affords a current density of 20 mA cm–2 at an overpotential of 170 mV and 100 mA cm–2 at 245 mV. The enhanced performance of WN-Ni(OH)2 in the HER is attributed to the synergy between WN and Ni(OH)2: during water dissociation, hydroxyl groups are preferentially adsorbed on WN and hydrogen on Ni(OH)2; meanwhile, Ni(OH)2 could promote hydroxyl group desorption from WN. Thus, the full-surface Volmer reaction kinetics could be enhanced. As a consequence, the WN-Ni(OH)2 has a reduced activation energy of the HER and enhanced intrinsic activity performance. Meanwhile, the hybrid can reach a current density of 100 mA cm–2 at an overpotential of 339 mV for the oxygen evolution reaction (OER), and an overpotential of 510 mV for the full water-splitting reaction. This interfacial cooperation offers a promising bifunctional electrocatalyst, as well as a hopeful strategy for fabricating efficient nitride-based electrocatalysts in alkaline media.
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