MoOxSy/Ni3S2 Microspheres on Ni Foam as Highly Efficient, Durable Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction
MoOxSy/Ni3S2 Microspheres on Ni Foam as Highly Efficient, Durable Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction
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泡沫镍上的 MoOxSy/Ni3S2 微球作为析氢反应的高效、耐用电催化剂
DOI：
10.1021/acs.chemmater.1c03682
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发表时间：
2022-01
影响因子：
8.6
通讯作者：
Mercouri G. Kanatzidis
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zihuan Yu;Huiqin Yao;Yan Yang;Mengwei Yuan;Cheng Li;Haiying He;Ting-Shan Chan;Dongpeng Yan;Shulan Ma;Peter Zapol;Mercouri G. Kanatzidis
水分解产生的氢能是最清洁的可再生能源，但实现起来也非常具有挑战性，因为析氢反应（HER）需要高效且低成本的电催化剂。我们制造了一种新型的非晶态钼氧/硫化物微球分级系统，其与结晶 Ni3S2 在泡沫镍 (MoOxSy/Ni3S2/NF) 上原位共生，作为出色的 HER 电催化剂。 MoOxSy/Ni3S2/NF 在 10 mA cm-2 的电流密度下表现出 58 mV 的超低过电势和极其持久的稳定性（>200 小时），表明在酸性条件下具有与 Pt-C/NF 相当的优越性能。 X射线吸收精细结构（XAFS）确定Mo的平均价态为+（5 + δ），具有O和S的配位基序。为了解释如此高的HER活性，提出了一种基于[Mo2O2（S，O）4]二聚体的周期性模型结构，其平均组成为与Ni3S2（101）表面界面的[Mo4O8S4]。 Ni3S2 的 Ni 和 [Mo4O8S4] 的桥接 S/O 之间的相互作用导致 +5 和 +6 之间的平均形式 Mo 电荷态，并且从 Ni3S2 到 [Mo4O8S4] 的显着电荷转移激活 Mo=O 键。计算出的|ΔGH*|小于 50 meV 表明双键 O 是最活跃的位点。这项工作指出了氧/硫化物与 Mon+(+5 <n<+6) 作为 HER 的特殊电化学催化剂的重要性。
Hydrogen energy derived from water splitting is the cleanest renewable energy source, but it is also very challenging to achieve because the hydrogen evolution reaction (HER) requires highly efficient and low-cost electrocatalysts. We have fabricated a novel hierarchical system of amorphous molybdenum oxy/sulfide microspheres with crystalline Ni3S2intergrown in situ on Ni foam (MoOxSy/Ni3S2/NF) as an outstanding electrocatalyst for HER. The MoOxSy/Ni3S2/NF demonstrates an ultra-low overpotential of 58 mV at a current density of 10 mA cm–2and extremely durable stability (>200 h), suggesting superior performance comparable to that of Pt-C/NF under acidic conditions. The X-ray absorption fine structure (XAFS) determines the average valence state of Mo to be +(5 + δ), with a coordination motif by O and S. To explain such high HER activity, a [Mo2O2(S,O)4] dimer-based periodic model structure with the average composition of [Mo4O8S4] interfaced with the Ni3S2(101) surface is proposed. The interactions between the Ni of Ni3S2and bridging S/O of [Mo4O8S4] result in an average formal Mo charge state between +5 and +6, and significant charge transfer from Ni3S2to [Mo4O8S4] activates the Mo═O bonds. The calculated |ΔGH*| of less than 50 meV suggests that the double-bonded O is the most active site. This work points to the importance of oxy/sulfides with Mon+(+5 <n<+6) as exceptional electrochemical catalysts for HER.
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