钴基Co₃Mo₃N/Co₄N/Co金属异质结构作为碱性总水分解电催化剂的高活性研究
应用物理
2024-04-24 v1 材料科学
摘要
碱性水电解被视为大规模氢气生产的商业可行选项，但该过程因电压偏高（>1.65 V于10 mA cm⁻²）以及在较高电流密度下因电子传输动力学不足导致稳定性受限而面临挑战。本研究设计一种新型钴基金属异质结构（Co₃Mo₃N/Co₄N/Co/Co）用于水电解。运动 Raman实验揭示，Co₃Mo₃N/Co₄N/Co异质界面促进水分子吸附与解离，为后续氢气生产提供额外的质子。此外，异质界面的电子结构改变优化了界面氮原子的ΔGH，使其与金属相 cobalt 形成协同效应，创建高度有效的氢气发生反应（HER）活性位点，从而提升整体性能。此外，异质结构表现出快速的OH⁻吸附速率和强吸附力，显著改善氧气发生反应（OER）性能。关键的是，金属异质结促进快速电子传输，加速上述反应步骤，从而提升水分解的整体效率。作为电催化剂的Co₃Mo₃N/Co₄N/Co/Co水电解器展现出卓越性能，在10 mA cm⁻²电流密度下仅需1.58 V的惊人低电压，维持约100小时（200 mA cm⁻²）约100%的电压保持率。该性能显著优于商业Pt/C || RuO₂电解器。
引用
@article{arxiv.2404.14427,
title = {Cobalt-based Co$_3$Mo3N/Co$_4$N/Co Metallic Heterostructure as a Highly Active Electrocatalyst for Alkaline Overall Water Splitting},
author = {Yuanwu Liu and Lirong Wang and René Hübner and Johannes Kresse and Xiaoming Zhang and Marielle Deconinick and Yana Vaynzof and Inez M. Weidinger and Alexander Eychmüller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.14427},
year = {2024}
}