Self‐Derivation and Surface Reconstruction of Fe‐Doped Ni3S2 Electrode Realizing High‐Efficient and Stable Overall Water and Urea Electrolysis

材料科学 析氧 分解水 电解 电极 催化作用 碱性水电解 无机化学 溶解 电化学 电解水 制氢 吸附 化学工程 物理化学 电解质 有机化学 工程类 化学 光催化 生物化学
作者
Derun Li,Wenjing Wan,Zhaowu Wang,Hengyi Wu,Shixin Wu,Tao Jiang,Guangxu Cai,Changzhong Jiang,Feng Ren
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (39) 被引量:218
标识
DOI:10.1002/aenm.202201913
摘要

Abstract Exploring earth‐abundant, highly effective, and stable electrocatalysts for overall water and urea electrolysis is urgent and essential for developing hydrogen energy technology. Herein, a simple self‐derivation method is used to fabricate a Fe‐doped Ni 3 S 2 electrode. The electrode exhibits an impressive trifunctional catalyst, with low overpotentials of 290, 198, and 254 mV at 100 mA cm −2 for the oxygen evolution reaction (OER), urea oxidation reaction (UOR), and hydrogen evolution reaction (HER). The durability is higher than 3500 h (146 days) at 100 mA cm −2 for the OER without obvious change. In situ Raman spectra reveal the incorporation of Fe inhibited S dissolution and facilitates the catalyst reconstruction. The density functional theory calculations indicate that the doping of Fe optimizes the adsorption of the rate‐determining step and the d‐band center is closer to the Fermi level, which accelerates the OER process. The two‐electrode electrolyzer needs the cell voltages of only 1.76 and 1.57 V to achieve a current density of 100 mA cm −2 and remarkable durability for more than 500 h at 100 and 500 mA cm −2 for overall water and urea splitting. This work holds great promise for industrial water and urea splitting applications.
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