Single-Atom Tungsten Doped Nis0.5Se0.5 Nanosheets@Nanorods Heterostructures Catalyze Water Splitting Highly Active and Durable

过电位 材料科学 析氧 电催化剂 分解水 纳米棒 离域电子 催化作用 异质结 塔菲尔方程 化学工程 纳米技术 物理化学 化学 电化学 光催化 光电子学 工程类 有机化学 生物化学 电极
作者
Yang Wang,Xiaopeng Li,Mengmeng Zhang,Jinfeng Zhang,Zelin Chen,Xuerong Zheng,Naiqin Zhao,Zhangliu Tian,Xiaopeng Han,Karim Zaghib,Yue‐Sheng Wang,Yida Deng,Wenbin Hu
出处
期刊:Research Square - Research Square 被引量:2
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-681994/v1
摘要

Abstract Developing robust nonprecious electrocatalysts towards hydrogen/oxygen evolution reaction (HER/OER) is crucial for the spread of hydrogen energy industrialization. Here, we prepared a highly active and durable electrocatalyst of W single-atoms doped NiS 0.5 Se 0.5 nanosheets@NiS 0.5 Se 0.5 nanorods heterostructure (W-NiS 0.5 Se 0.5 ). The W-NiS 0.5 Se 0.5 exhibits superior catalytic activity for HER and OER with an ultralow overpotential (39, 106 mV for HER and 171, 239 mV for OER) and excellent long-term durability (500 h) at 10 and 100 mA cm − 2 , outperforming commercial precious-metal catalysts and many other reported transition-metal-based compounds. The spin state of Ni was delocalized by introducing low spin-state of W single-atom, thus increasing the electron density of Ni 2p orbital, optimizing the adsorption/desorption process of H, significantly reducing the energy barrier of the rate-determining step (O* → OOH*), finally accelerating thermodynamics and kinetics of HER/OER. This work provides a rational feasible strategy to design single-atom catalysts for water splitting and develop advanced transition metal-based electrocatalysts via regulating delocalized spin states.
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