Väte har väckt stor uppmärksamhet från akademi och industri som energikälla på grund av dess inneboende miljökompatibilitet, överflöd och höga energitäthet (120 MJ kg ⁻¹ ). Elektrokatalytisk vattenklyvning är en miljövänlig väg för att producera väte, särskilt när elen kommer från förnybara källor som minimerar koldioxidutsläppen under hela processen.

Syreutvecklingsreaktionen (OER) på anoden och väteutvecklingsreaktionen (HER) på katoden är två halvreaktioner vid elektrokatalytisk vattenuppdelning. Pt- och Ru/Ir-baserade föreningar är de mest kända högpresterande ädelmetallelektrokatalysatorerna för HER respektive OER. Emellertid hindrar bristen och den höga kostnaden för sådana ädelmetaller deras tillämpning vid vattenelektrolys. Därför, med globala utsikter, är det viktigt att utveckla jordnära icke-ädelmetallelektrokatalysatorer för nästa generations vattenklyvningsteknik. Nyligen har Ni-baserade elektrokatalysatorer bekräftats vara effektiva för att öka elektrokatalytisk vattenspjälkning, men deras prestanda är inte tillräckligt hög för storskalig väteproduktion.

Ett team i Kina har framgångsrikt tillverkat Mn-dopad Ni₂ O₃ /Ni₂ P och Mn-dopad Ni_x S_y /Ni₂ P genom lätt hydrotermisk reaktion och därefter fosforisering och sulfuriseringsmetod.

Röntgendiffraktionstopparna (XRD) för Mn-dopad Ni_x S_y /Ni₂ P och Mn-dopad Ni₂ O₃ /Ni₂ P indikerar att Mn-dopad Ni_x S_y /Ni₂ P är sammansatt av Ni_x S_y och Ni₂ P, medan Mn-dopade Ni₂ O₃ /Ni₂ P består av Ni₂ O₃ och Ni₂ P. Dessutom visar svepelektronmikroskopi (SEM) och transmissionselektronmikroskopi (TEM) bilderna båda nanoarkmikrostrukturen av Mn-dopad Ni₂ O₃ /Ni₂ P och Mn-dopad Ni_x S_y /Ni₂ P. Ändå heterostrukturerna av Ni₂ O₃ /Ni₂ P och Ni_x S_y /Ni₂ P bekräftas av de högupplösta TEM-bilderna.

Mn-dopad Ni₂ drar nytta av den elektroniska moduleringen och många aktiva platser O₃ /Ni₂ P uppvisade överlägsen HER-aktivitet med en strömtäthet på −10 mA cm ⁻² vid en låg överpotential på 104 mV. Under tiden Mn-dopade Ni_x S_y /Ni₂ P uppnådde en strömtäthet på 100 mA cm ⁻² vid en låg överpotential på 290 mV för OER och visade en nästan konstant potential vid 50 mA cm ⁻² i 160 timmar. Intressant nog krävde den elektrolytiska cellen som konstruerats av dessa två elektrokatalysatorer en cellspänning på endast 1,65 V för att ge 10 mA cm ⁻² med överlägsen stabilitet vid 50 mA cm ⁻² i 120 timmar.

Sammanfattningsvis, genom att kombinera tre strategier, Mn-dopning, heterostrukturteknik och tillämpning av 3D-nanoarkmatriser, Mn-dopad Ni₂ O₃ /Ni₂ P och Mn-dopad Ni_x S_y /Ni₂ P tillverkas framgångsrikt genom en lätt hydrotermisk reaktion följt av fosforisering, och i fallet med Mn-dopad Ni_x S_y /Ni₂ P, sulfurisering. Höga inneboende aktiviteter möjliggörs av elektronisk modulering av heterostrukturerna och Mn-dopning, medan rikliga aktiva platser garanteras av förstorade aktiva ytareor från 3D-nanosheet-arrayerna. Kombinationen förbättrar kumulativt de elektrokatalytiska aktiviteterna mot HER, OER och övergripande vattenklyvning.

Forskningen publicerades i Science China Materials . + Utforska vidare

Nanopartikelkatalysator av nickelfosfid är hela paketet