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

过电位 催化作用 材料科学 分解水 碱性水电解 无机化学 电解 化学工程 电极 化学 冶金 物理化学 电化学 光催化 电解质 工程类 生物化学
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 [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:153
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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