Two-dimensional mineral hydrogel-derived single atoms-anchored heterostructures for ultrastable hydrogen evolution

材料科学 异质结 纳米技术 矿物 化学工程 化学物理 化学 光电子学 冶金 工程类 有机化学
作者
Fucong Lyu,Shanshan Zeng,Zhe Jia,Fei‐Xiang Ma,Ligang Sun,Lizi Cheng,Jie Pan,Yan Bao,Zhengyi Mao,Yu Bu,Yang Yang Li,Jian Lü
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:82
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33725-8
摘要

Hydrogen energy is critical for achieving carbon neutrality. Heterostructured materials with single metal-atom dispersion are desirable for hydrogen production. However, it remains a great challenge to achieve large-scale fabrication of single atom-anchored heterostructured catalysts with high stability, low cost, and convenience. Here, we report single iron (Fe) atom-dispersed heterostructured Mo-based nanosheets developed from a mineral hydrogel. These rationally designed nanosheets exhibit excellent hydrogen evolution reaction (HER) activity and reliability in alkaline condition, manifesting an overpotential of 38.5 mV at 10 mA cm-2, and superior stability without performance deterioration over 600 h at current density up to 200 mA cm-2, superior to most previously reported non-noble-metal electrocatalysts. The experimental and density functional theory results reveal that the O-coordinated single Fe atom-dispersed heterostructures greatly facilitated H2O adsorption and enabled effective adsorbed hydrogen (H*) adsorption/desorption. The green, scalable production of single-atom-dispersed heterostructured HER electrocatalysts reported here is of great significance in promoting their large-scale implementation.

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