Enhanced Adsorption Kinetics and Capacity of a Stable CeF3@Ni3N Heterostructure for Methanol Electro‐Reforming Coupled with Hydrogen Production

动力学 吸附 制氢 甲醇 化学 化学工程 异质结 材料科学 物理化学 有机化学 光电子学 物理 量子力学 工程类
作者
Kuan Deng,Xuesong Liu,Peng Liu,Xingbin Lv,Wen Tian,Junyi Ji
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202416763
摘要

Alkaline methanol‐water electrolysis system is regarded as an appealing strategy for electro‐reforming methanol into formate and producing hydrogen with low energy‐consumption compared with alkaline water electrolysis. However, stability and selectivity under high current densities for practical application remain challenging. Herein, a CeF3@Ni3N nanosheets array anchored on carbon cloth (CeF3@Ni3N/CC) was fabricated. The gradual extrusion of F species from Ni(OH)2 lattices can stabilize hierarchical structure and construct abundant heterostructure interfaces. Moreover, CeF3 can modulate electron distribution of Ni3N, thus simultaneously enhancing the surface adsorption kinetics and capability of methanol and OH‐, which is conducive to enhanced methanol oxidation reaction (MOR) activity and selectivity. Therefore, bifunctional CeF3@Ni3N/CC exhibits low potential of 1.43 V at 500 mA cm‐2, along with high stability over 72 h and high faradaic efficiency (FEs) in MOR, as well as an overpotential of 76 mV to achieve 50 mA cm‐2 for hydrogen evolution reaction (HER). Furthermore, membrane‐free CeF3@Ni3N/CC||CeF3@Ni3N/CC cell for MOR||HER delivers high electrocatalytic activity, long‐term stability and FEs at high current density of 300 mA cm‐2. This study highlights the importance of optimizing surface adsorption behavior of active species, as well as rational design of highly efficient heterostructure electrocatalysts for methanol upgrading coupled with hydrogen production.
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