Waterstof heeft veel aandacht getrokken van de academische wereld en de industrie als energiebron vanwege zijn intrinsieke milieucompatibiliteit, overvloed en hoge energiedichtheid (120 MJ kg ⁻¹ ). Elektrokatalytische watersplitsing is een milieuvriendelijke manier om waterstof te produceren, vooral wanneer de elektriciteit afkomstig is uit hernieuwbare bronnen die de uitstoot van kooldioxide tijdens het hele proces minimaliseren.

De zuurstofontwikkelingsreactie (OER) op de anode en waterstofontwikkelingsreactie (HER) op de kathode zijn twee halfreacties bij elektrokatalytische watersplitsing. Op Pt en Ru/Ir gebaseerde verbindingen zijn de bekendste hoogwaardige elektrokatalysatoren van edelmetaal voor respectievelijk HER en OER. De schaarste en hoge kosten van dergelijke edele metalen belemmeren echter hun toepassing bij waterelektrolyse. Daarom is het, met wereldwijde vooruitzichten, essentieel om aard-overvloedige elektrokatalysatoren van niet-edelmetaal te ontwikkelen voor de volgende generatie watersplitsingstechnologieën. Onlangs is bevestigd dat op Ni gebaseerde elektrokatalysatoren effectief zijn voor het stimuleren van elektrokatalytische watersplitsing, maar hun prestaties zijn niet hoog genoeg voor grootschalige waterstofproductie.

Een team in China heeft met succes Mn-gedoteerde Ni₂ . gefabriceerd O₃ /Ni₂ P en Mn-gedoteerde Ni_x S_j /Ni₂ P door middel van een gemakkelijke hydrothermische reactie en vervolgens de fosforisatie- en zwavelingsmethode.

De röntgendiffractie (XRD)-pieken van met Mn gedoteerde Ni_x S_j /Ni₂ P en Mn-gedoteerde Ni₂ O₃ /Ni₂ P geeft aan dat Mn-gedoteerde Ni_x S_j /Ni₂ P is samengesteld uit Ni_x S_j en Ni₂ P, terwijl Mn-gedoteerde Ni₂ O₃ /Ni₂ P bestaat uit Ni₂ O₃ en Ni₂ P. Bovendien tonen de scanning elektronenmicroscopie (SEM) en transmissie elektronenmicroscopie (TEM) beelden beide de nanosheets microstructuur van Mn-gedoteerde Ni₂ O₃ /Ni₂ P en Mn-gedoteerde Ni_x S_j /Ni₂ P. Niettemin, de heterostructuren van Ni₂ O₃ /Ni₂ P en Ni_x S_j /Ni₂ P worden bevestigd door de TEM-beelden met hoge resolutie.

Profiteren van de elektronische modulatie en overvloedige actieve sites, Mn-gedoteerde Ni₂ O₃ /Ni₂ P vertoonde superieure HER-activiteit met een stroomdichtheid van −10 mA cm ⁻² bij een lage overpotentiaal van 104 mV. Ondertussen, Mn-gedoteerde Ni_x S_j /Ni₂ P bereikte een stroomdichtheid van 100 mA cm ⁻² bij een lage overpotentiaal van 290 mV voor OER en vertoonde een bijna constant potentieel bij 50 mA cm ⁻² voor 160 u. Interessant genoeg had de elektrolytische cel die door deze twee elektrokatalysatoren werd geconstrueerd een celspanning van slechts 1,65 V nodig om 10 mA cm ⁻² op te leveren. met superieure stabiliteit bij 50 mA cm ⁻² gedurende 120 uur.

Concluderend, door drie strategieën te combineren, Mn-doping, heterostructure-engineering en het toepassen van 3D-nanosheet-arrays, Mn-gedoteerde Ni₂ O₃ /Ni₂ P en Mn-gedoteerde Ni_x S_j /Ni₂ P worden met succes vervaardigd door een gemakkelijke hydrothermische reactie gevolgd door fosforisatie, en in het geval van Mn-gedoteerde Ni_x S_j /Ni₂ P, zwaveling. Hoge intrinsieke activiteiten worden mogelijk gemaakt door elektronische modulatie van de heterostructuren en Mn-doping, terwijl overvloedige actieve plaatsen worden gegarandeerd door vergrote actieve oppervlaktegebieden van de 3D-nanosheet-arrays. De combinatie verbetert cumulatief de elektrokatalytische activiteiten in de richting van HER, OER en algehele watersplitsing.

Het onderzoek is gepubliceerd in Science China Materials . + Verder verkennen

Nikkelfosfide-nanodeeltjeskatalysator is het volledige pakket