Scalable Two-Step Synthesis of Nickel–Iron Phosphide Electrodes for Stable and Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution

磷化物 塔菲尔方程 材料科学 分解水 制氢 催化作用 化学工程 电化学 无机化学 电极 冶金 化学 光催化 物理化学 工程类 生物化学
作者
Wai Ling Kwong,Cheng Choo Lee,Johannes Messinger
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:121 (1): 284-292 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.6b09050
摘要

The development of efficient, durable, and inexpensive hydrogen evolution electrodes remains a key challenge for realizing a sustainable H2 fuel production via electrocatalytic water splitting. Herein, nickel–iron phosphide porous films with precisely controlled metal content were synthesized on Ti foil using a simple and scalable two-step strategy of spray-pyrolysis deposition followed by low-temperature phosphidation. The nickel–iron phosphide of an optimized Ni:Fe ratio of 1:4 demonstrated excellent overall catalytic activity for hydrogen evolution reaction (HER) in 0.5 M H2SO4, achieving current densities of −10 and −30 mA cm–2 at overpotentials of 101 and 123 mV, respectively, with a Tafel slope of 43 mV dec–1. Detailed analysis obtained by X-ray diffraction, electron microscopy, electrochemistry, and X-ray photoelectron spectroscopy revealed that the superior overall HER activity of nickel–iron phosphide as compared to nickel phosphide and iron phosphide was a combined effect of differences in the morphology (real surface area) and the intrinsic catalytic properties (electronic structure). Together with a long-term stability and a near-100% Faradaic efficiency, the nickel–iron phosphide electrodes produced in this study provide blueprints for large-scale H2 production.
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