Ga doped Ni3S2 ultrathin nanosheet arrays supported on Ti3C2-MXene/Ni foam: An efficient and stable 3D electrocatalyst for oxygen evolution reaction

纳米片 析氧 材料科学 化学工程 催化作用 电催化剂 兴奋剂 电化学 氧气 纳米技术 化学 物理化学 光电子学 电极 有机化学 工程类
作者
Rui Wang,Yang Yang,Zhipeng Sun,Xia Lu
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:47 (5): 2958-2966 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2021.10.216
摘要

Exploring cost-efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) is still a huge challenge in the electrochemical energy conversion technology. In this work, Gallium (Ga)-doped Ni 3 S 2 nanosheet arrays grown on Ti 3 C 2 -MXene/nickel foam (Ga–Ni 3 S 2 /Ti 3 C 2 /NF) have been synthesized by a successive hydrothermal and sulfidization process. The Ga doping modulates the electronic structure of Ni 3 S 2 , so tuning the adsorption energies of oxygen intermediate (∗OOH). The Ga–Ni 3 S 2 /Ti 3 C 2 /NF delivers outstanding catalytic activities toward OER with an overpotential of 340 mV at 100 mA cm −2 , and exhibits superior electrochemical durability. The excellent OER performance of Ga–Ni 3 S 2 /Ti 3 C 2 /NF can be ascribed to the 3D sheet arrays morphology and optimized electronic structure. Density functional theory (DFT) calculations also demonstrate that electronic disturbance attributed to Ga doping effectively improves the activity of Ni sites, leading to stronger binding strength of ∗OOH intermediate at Ni sites nearby Ga. This study provides insights into the fabrication of advanced electrocatalysts for application. • 3D Ga–Ni 3 S 2 grown on the Ti 3 C 2 /NF substrate is fabricated by a successive preparation process. • Ga–Ni 3 S 2 /Ti 3 C 2 /NF delivers outstanding catalytic activities and superior durability for OER. • The excellent OER performance of catalyst is ascribed to the optimized Ga doping and 3D arrays morphology.
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