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Mo2C nanocrystalline coupling with Ni encapsulated in N-doped fibrous carbon network as bifunctional catalysts towards advanced anion exchange membrane electrolyzers

双功能 催化作用 化学工程 材料科学 纳米晶材料 电解 制氢 碳纤维 贵金属 无机化学 纳米技术 化学 金属 电极 电解质 冶金 物理化学 复合材料 复合数 工程类 生物化学
作者
Zhongmin Wan,Linqing Wang,Yuheng Zhou,Ziyang Xi,Yong Liu,Lihua Wang,Xi Chen,Li Shi,Xiangzhong Kong
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:968: 172111-172111 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.172111
摘要

Anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) has been considered to be the promising approach for cost-effective hydrogen production. However, the noble metal catalysts of AEM enable it still under the early stage of development. Herein, Mo2C nanocrystalline coupling with Ni have been successfully encapsulated into robust carbonaceous network (Mo2C/[email protected]) as inexpensive transition metal catalysts for AEM electrolyzers. The Mo2C nanocrystals are uniformly confined in N doped porous carbon network which is derived from the decomposition of PVP and urea during carbonation process. Importantly, rational designed Ni layers are also coated on the surface of the network structure. When utilized as bifunctional electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER), the Mo2C/[email protected] can achieve desirable overpotentials of 103 mV and 307 mV at a current density of 10 mA cm-2 in 1 M KOH, respectively. Furthermore, the Mo2C/[email protected]‖Mo2C/[email protected] AEM electrolyzers requires only a voltage of 1.9 V to reach a current density of 110.5 mA cm-2 with remarkable durability over 50 h. Numerous interconnected porous structure and defects caused by N doping can provide abundant active sites, facilitate electrons transportations and suppress the aggregation of inner Mo2C. Particularly, the conductive Ni layers could effectively improve the structural strength and induce the synergistic effect with Mo2C component, thereby, improving the catalytic activity and stability. In addition, the DFT calculation results indicate that the Mo2C/[email protected] catalyst has a lower Gibbs free energy of hydrogen adsorption (ΔGH*=-0.21 eV), which is beneficial to its HER catalytic activity. This work provides an insight in developing advanced AEMWE for high efficient and green hydrogen production.

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