Engineering In‐Plane Nickel Phosphide Heterointerfaces with Interfacial sp HP Hybridization for Highly Efficient and Durable Hydrogen Evolution at 2 A cm−2

磷化物 催化作用 吸附 材料科学 过渡金属 异质结 分解水 电催化剂 纳米技术 化学工程 无机化学 化学 物理化学 光电子学 冶金 电化学 电极 工程类 光催化 生物化学 有机化学
作者
Qian Zhou,Liling Liao,Qihang Bian,Yu Fang,Dongyang Li,Jinsong Zeng,Long Zhang,Hui Wang,Dongsheng Tang,Haiqing Zhou,Zhifeng Ren
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (4) 被引量:53
标识
DOI:10.1002/smll.202105642
摘要

The catalytic hydrogen-evolving activities of transition-metal phosphides are greatly related to the phosphorus content, but the physical origin of performance enhancement remains ambiguous, and tuning the catalytic activity of nickel phosphides (NiP2 /Ni5 P4 ) remains challenging due to unfavorable H* adsorption. Here, a strategy is introduced to integrate P-rich NiP2 and P-poor Ni5 P4 into in-plane heterostructures by anion substitution, in which P atoms at the in-plane interfaces perform as active sites to adsorb H* and thus facilitate the hydrogen evolution reaction (HER) process via modulating the electronic structure between NiP2 and Ni5 P4 . Consequently, the NiP2 /Ni5 P4 hybrid exhibits an outstanding hydrogen-evolving activity, requiring only 30 and 76 mV to afford 10 and 100 mA cm-2 in acid, respectively. It surpasses most of the earth-abundant electrocatalysts thus far, and is comparable to Pt catalysts (30/72 mV at 10/100 mA cm-2 ). Particularly, it can run smoothly at large current density and only requires 247 mV to reach 2000 mA cm-2 . Detailed theoretical calculations reveal that its exceptional activity stems from the moderate overlap of density states between P 2p and H 1s orbitals, thus optimizing the H*-adsorption strength. This work highlights a new avenue toward the fabrication of robust non-noble electrocatalysts by constructing in-plane heterojunctions.
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