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Electronic Modulation of Nickel Disulfide toward Efficient Water Electrolysis.
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2020-04-03 , DOI: 10.1002/smll.201905885 Khang Ngoc Dinh 1, 2, 3 , Yongxiu Sun 4 , Zengxia Pei 3 , Ziwen Yuan 3 , Ady Suwardi 5 , Qianwei Huang 6 , Xiaozhou Liao 6 , Zhiguo Wang 4 , Yuan Chen 3 , Qingyu Yan 1, 2
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2020-04-03 , DOI: 10.1002/smll.201905885 Khang Ngoc Dinh 1, 2, 3 , Yongxiu Sun 4 , Zengxia Pei 3 , Ziwen Yuan 3 , Ady Suwardi 5 , Qianwei Huang 6 , Xiaozhou Liao 6 , Zhiguo Wang 4 , Yuan Chen 3 , Qingyu Yan 1, 2
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Developing highly efficient earth-abundant nickel-based compounds is an important step to realize hydrogen generation from water. Herein, the electronic modulation of the semiconducting NiS2 by cation doping for advanced water electrolysis is reported. Both theoretical calculations and temperature-dependent resistivity measurements indicate the semiconductor-to-conductor transition of NiS2 after Cu incorporation. Further calculations also suggest the advantages of Cu dopant to cathodic water electrolysis by bringing Gibbs free energy of H adsorption at both Ni sites and S sites much closer to zero. It is noteworthy that water dissociation on Cu-doped NiS2 (Cu-NiS2 ) surface is even more favorable than those on NiS2 and Pt(111). Thus, the prepared Cu-NiS2 shows noticeably improved performance toward alkaline hydrogen and oxygen evolution reactions (HER and OER). Specifically, it requires merely 232 mV OER overpotential to drive 10 mA cm-2 ; in parallel with Tafel slopes of 46 mV dec-1 . Regarding HER, an onset overpotential of only 68 mV is achieved. When integrated as both electrodes for water electrolysis, Cu-NiS2 needs only 1.64 V to drive 10 mA cm-2 , surpassing the state-of-the-art Ir/C-Pt/C couple (1.71 V). This work opens up an avenue to engineer low-cost and earth-abundant catalysts performing on par with the noble-metal-based one for water splitting.
中文翻译：
二硫化镍对高效水电解的电子调节。
开发高效的富含地球的镍基化合物是实现从水中产生氢的重要步骤。在此，报道了通过阳离子掺杂对半导体NiS 2进行电子调制以进行高级水电解。理论计算和随温度变化的电阻率测量值均表明，掺入Cu后NiS2的半导体-导体跃迁。进一步的计算还表明，通过使Ni位和S位的H吸附的吉布斯自由能都更接近于零，Cu掺杂剂对阴极水电解的优势。值得注意的是，Cu掺杂的NiS2（Cu-NiS2）表面的水离解比NiS2和Pt（111）上的水离解更有利。从而，制备的Cu-NiS2在碱性氢和氧逸出反应（HER和OER）方面显示出显着改善的性能。具体来说，仅需232 mV OER超电势即可驱动10 mA cm-2。与46 mV dec-1的Tafel斜率平行。关于HER，仅实现了68 mV的起始过电位。当集成为用于水电解的两个电极时，Cu-NiS2只需1.64 V即可驱动10 mA cm-2，超过了最新的Ir / C-Pt / C对（1.71 V）。这项工作开辟了一条途径，可以设计出与贵金属基水分解性能相媲美的低成本和富土催化剂。当集成为用于水电解的两个电极时，Cu-NiS2只需1.64 V即可驱动10 mA cm-2，超过了最新的Ir / C-Pt / C对（1.71 V）。这项工作开辟了一条途径，可以设计出与贵金属基水分解性能相媲美的低成本和富土催化剂。当集成为用于水电解的两个电极时，Cu-NiS2只需1.64 V即可驱动10 mA cm-2，超过了最新的Ir / C-Pt / C对（1.71 V）。这项工作开辟了一条途径，可以设计出与贵金属基水分解性能相媲美的低成本和富土催化剂。
更新日期：2020-04-03
中文翻译：
二硫化镍对高效水电解的电子调节。
开发高效的富含地球的镍基化合物是实现从水中产生氢的重要步骤。在此，报道了通过阳离子掺杂对半导体NiS 2进行电子调制以进行高级水电解。理论计算和随温度变化的电阻率测量值均表明，掺入Cu后NiS2的半导体-导体跃迁。进一步的计算还表明，通过使Ni位和S位的H吸附的吉布斯自由能都更接近于零，Cu掺杂剂对阴极水电解的优势。值得注意的是，Cu掺杂的NiS2（Cu-NiS2）表面的水离解比NiS2和Pt（111）上的水离解更有利。从而，制备的Cu-NiS2在碱性氢和氧逸出反应（HER和OER）方面显示出显着改善的性能。具体来说，仅需232 mV OER超电势即可驱动10 mA cm-2。与46 mV dec-1的Tafel斜率平行。关于HER，仅实现了68 mV的起始过电位。当集成为用于水电解的两个电极时，Cu-NiS2只需1.64 V即可驱动10 mA cm-2，超过了最新的Ir / C-Pt / C对（1.71 V）。这项工作开辟了一条途径，可以设计出与贵金属基水分解性能相媲美的低成本和富土催化剂。当集成为用于水电解的两个电极时，Cu-NiS2只需1.64 V即可驱动10 mA cm-2，超过了最新的Ir / C-Pt / C对（1.71 V）。这项工作开辟了一条途径，可以设计出与贵金属基水分解性能相媲美的低成本和富土催化剂。当集成为用于水电解的两个电极时，Cu-NiS2只需1.64 V即可驱动10 mA cm-2，超过了最新的Ir / C-Pt / C对（1.71 V）。这项工作开辟了一条途径，可以设计出与贵金属基水分解性能相媲美的低成本和富土催化剂。
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