Synergy of Mo doping and heterostructures in FeCo2S4@Mo-NiCo LDH/NF as durable and corrosion-resistance bifunctional electrocatalyst towards seawater electrolysis at industrial current density

电催化剂 双功能 电解 过电位 腐蚀 材料科学 阳极 冶金 分解水 化学 化学工程 无机化学 电极 催化作用 电化学 有机化学 电解质 工程类 光催化 物理化学
作者
Suyu Ge,Xueran Shen,Jiaxin Gao,Kaixuan Ma,Haoyu Zhao,Ruru Fu,Caihong Feng,Yun Zhao,Qingze Jiao,Hansheng Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:485: 150161-150161 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150161
摘要

Electrolysis of seawater to produce hydrogen is a replenished way to utilize sustainable hydrogen energy. However, it remains a challenge to develop electrocatalysts with high chloride corrosion resistance and meet the industrial-required low overpotential at large current density. Here, a heterostructure FeCo2S4@Mo-NiCo LDH/NF (FCS@M-NC LDH/NF) catalyst consisting of Mo-doped NiCo LDH nanosheets on FeCo2S4 nanorods grown on nickel foam is demonstrated as a large-current–density electrocatalyst for seawater electrolysis. The hierarchical structure endows FCS@M-NC LDH/NF with abundant active sites and hydrophilic and aerophobic surfaces, which promotes the adsorption of OH− and accelerates gas-release capabilities during water electrolysis. Moreover, the incorporation of high-valence Mo species and the presence of heterostructures contribute to the outstanding corrosion resistance, selectivity, and activity of FCS@M-NC LDH/NF, which only requires 314 mV (HER) and 307 mV (OER) overpotential to achieve a large current density of 1000 mA cm−2 in alkaline electrolysis of seawater. Impressively, it maintains stable operation for 140 h at a current density of 500 mA cm−2 without the production of hypochlorite. Furthermore, density functional theory calculations demonstrate that Mo doping and formation of heterostructures decrease the adsorption energy barrier for intermediate on FCS@M-NC LDH/NF, which promotes electrocatalytic activity. The robust electronic interaction between FCS and M-NC LDH/NF promotes the redistribution of charges on the interface, boosting electrical conductivity and charge transfer in the FCS@M-NC LDH/NF. This study offers a mild way to create a bifunctional electrocatalyst with exceptional corrosion resistance and stability in industrial high-alkaline natural seawater electrolysis.
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