Implanting Ni-O-VOx sites into Cu-doped Ni for low-overpotential alkaline hydrogen evolution

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作者
Yibing Li,Xin Tan,Rosalie K. Hocking,Xin Bo,Hangjuan Ren,Bernt Johannessen,Sean C. Smith,Chuan Zhao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:145
标识
DOI:10.1038/s41467-020-16554-5
摘要

Abstract Nickel-based catalysts are most commonly used in industrial alkaline water electrolysis. However, it remains a great challenge to address the sluggish reaction kinetics and severe deactivation problems of hydrogen evolution reaction (HER). Here, we show a Cu-doped Ni catalyst implanted with Ni-O-VOx sites (Ni(Cu)VOx) for alkaline HER. The optimal Ni(Cu)VOx electrode exhibits a near-zero onset overpotential and low overpotential of 21 mV to deliver –10 mA cm −2 , which is comparable to benchmark Pt/C catalyst. Evidence for the formation of Ni-O-VOx sites in Ni(Cu)VOx is established by systematic X-ray absorption spectroscopy studies. The VOx can cause a substantial dampening of Ni lattice and create an enlarged electrochemically active surface area. First-principles calculations support that the Ni-O-VOx sites are superactive and can promote the charge redistribution from Ni to VOx, which greatly weakens the H-adsorption and H 2 release free energy over Ni. This endows the Ni(Cu)VOx electrode high HER activity and long-term durability.
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