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湖大/西交/中南Small:氮摻雜碳包裹MoO2/Mo3P/Mo2C三界面異質結,實現高效催化HER

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鉑基貴金屬材料作為最先進的HER催化劑,其在堿性條件下的性能不理想,而且其成本高,地球上豐度低,極大地阻礙了其工業化應用。因此,制備高效催化析氫的低成本電催化劑,對促進水分解技術的大規模應用具有重要意義。
基于此,湖南大學韓磊王雙印西安交通大學蘇亞瓊中南大學孫焱焱等采用多金屬氧酸鹽-有機絡合物誘導碳化的方法,利用磷鉬酸銨和多巴胺構建了包裹在具有海膽結構的氮摻雜碳中的MoO2/Mo3P/Mo2C三界面異質結(MoOPC@NC)。
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電化學性能測試結果顯示,最優的MoOPC@NC-200在堿性條件下,電流密度為10 mA cm?2下的HER過電位為69 mV,Tafel斜率為60.4 mV dec?1,其性能遠優于文獻報道的其他鉬基催化劑。此外,MoOPC@NC-200催化劑能夠在10 mA cm?2電流密度下連續運行125小時,并且其性能和形貌沒有發生明顯變化,表明其具有優異的穩定性。
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實驗結果和理論計算表明,與相應的單組分相比,MoO2/Mo3P/Mo2C三界面異質結中Mo2C和Mo3P在HER過程分別作為水解離位點和H*吸附/解吸位點,其協同效應導致催化劑具有較低的水解離能壘(ΔGH2O=-1.28 eV)和氫吸附自由能(ΔGH*=-0.41 eV),從而促進了電催化水分解。總的來說,該項工作證明了異質結構和的氮摻雜碳之間具有協同效應,為設計和制備高性能非貴金屬異質結構電催化劑提供了指導。
Urchin-Like Structured MoO2/Mo3P/Mo2C Triple-Interface Heterojunction Encapsulated within Nitrogen-Doped Carbon for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202206472

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