Synergizing Hydrogen Spillover and Deprotonation by the Internal Polarization Field in a MoS2/NiPS3 Vertical Heterostructure for Boosted Water Electrolysis

材料科学 极化(电化学) 异质结 电催化剂 分解水 电解 光电子学 析氧 催化作用 可逆氢电极 电解水 电极 化学工程 无机化学 化学 电解质 光催化 电化学 物理化学 参比电极 工程类 有机化学
作者
Yaoda Liu,Ya Chen,Yahui Tian,Thangavel Sakthivel,Hang Liu,Shengwu Guo,Haibo Zeng,Zhengfei Dai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (37): e2203615-e2203615 被引量:249
标识
DOI:10.1002/adma.202203615
摘要

Hydrogen spillover (HSo) has emerged to upgrade the hydrogen evolution reaction (HER) activity of Pt-support electrocatalysts, but it is not applicable to the deprotonated oxygen evolution reaction (OER). Non-precious catalysts that can perform well in both HSo and deprotonation (DeP) are extremely desirable for a sustainable hydrogen economy. Herein, an affordable MoS2 /NiPS3 vertical heterostructure catalyst is presented to synergize HSo and DeP for efficient water electrolysis. The internal polarization field (IPF) is clarified as the driving force of HSo in HER electrocatalysis. The HSo from the MoS2 edge to NiPS3 can activate the NiPS3 basal plane to boost the HER activity of the MoS2 /NiPS3 heterostructure (112 mV vs reversible hydrogen electrode (RHE) at 10 mA cm-2 ), while for OER, the IPF in the heterostructure can facilitate the hydroxyl diffusion and render MoS2 -to-NiPS3 /P-to-S dual-pathways for DeP. As a result, the stacking of OER-inactive MoS2 on the NiPS3 surface still brings intriguing OER enhancements. With them serving as electrode couples, the overall water splitting is attested stably with a cell voltage of 1.64 V at 10 mA cm-2 . This research puts forward the IPF as the criterion in the rational design of HSo/DeP-unified non-precious catalysts for efficient water electrolysis.
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