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Boosting Hydrogen Evolution Reaction Activities of Three-Dimensional Flower-like Tungsten Carbonitride via Anion Regulation
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2020-08-24 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c04773 Hong Chuan Fu 1 , Qing Zhang 1 , Juan Luo 1 , Li Shen 1 , Xiao Hui Chen 1 , Li Li Wu 1 , Wan Hui Guo 1 , Yu Xian Yang 1 , Nian Bing Li 1 , Hong Qun Luo 1
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2020-08-24 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c04773 Hong Chuan Fu 1 , Qing Zhang 1 , Juan Luo 1 , Li Shen 1 , Xiao Hui Chen 1 , Li Li Wu 1 , Wan Hui Guo 1 , Yu Xian Yang 1 , Nian Bing Li 1 , Hong Qun Luo 1
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Exploring high active, durable, and earth-abundant electrocatalysts for sustainable hydrogen production is a necessary prerequisite of the future hydrogen economy. Herein, anion regulation of a three-dimensional (3D) flower-like tungsten-based heterostructure supported on nickel foam is demonstrated to play a crucial role in boosting the catalytic performance of hydrogen evolution reaction (HER). At high temperature (700 °C), the volatile CNx species decomposed from urea are captured by WO3 on the nickel foam, and then, the insufficient nitridation and carbonization occurred simultaneously, forming an N-doped W2C/WC heterostructure (N-W2C/WC-700). The resulting N-W2C/WC array exhibits a small overpotential of 63 mV at a current density of 10 mA cm–2 and a low Tafel slope of 73 mV dec–1 in alkaline media, accompanied by a negligible loss after 60 h. This work highlights a potentially facile solid-state synthesis strategy for controllable anion regulation and the rational design of the 3D self-supporting carbonitrides, which may provide a feasible interface engineering strategy for constructing other advanced energy materials.
中文翻译：
通过阴离子调节促进三维花状碳氮化钨的析氢反应活性
探索高活性，耐用且富含地球的电催化剂以实现可持续的氢气生产是未来氢气经济的必要先决条件。在本文中，证实了镍泡沫上支撑的三维（3D）花状钨基异质结构的阴离子调节在提高氢释放反应（HER）的催化性能方面起着至关重要的作用。在高温（700°C）下，从尿素分解的挥发性CN x物种被镍泡沫上的WO 3捕获，然后同时发生了不足的氮化和碳化，形成了N掺杂的W 2 C / WC异质结构（ NW 2 C / WC-700）。生成的NW 2在碱性介质中，C / WC阵列在10 mA cm –2的电流密度下表现出63 mV的小过大电势，在73 mV dec –1的低Tafel斜率下，在60 h后损耗可忽略不计。这项工作强调了可控的阴离子调节的潜在简便的固态合成策略以及3D自支撑碳氮化物的合理设计，这可能为构建其他高级能源材料提供可行的界面工程策略。
更新日期：2020-09-21
中文翻译：
通过阴离子调节促进三维花状碳氮化钨的析氢反应活性
探索高活性，耐用且富含地球的电催化剂以实现可持续的氢气生产是未来氢气经济的必要先决条件。在本文中，证实了镍泡沫上支撑的三维（3D）花状钨基异质结构的阴离子调节在提高氢释放反应（HER）的催化性能方面起着至关重要的作用。在高温（700°C）下，从尿素分解的挥发性CN x物种被镍泡沫上的WO 3捕获，然后同时发生了不足的氮化和碳化，形成了N掺杂的W 2 C / WC异质结构（ NW 2 C / WC-700）。生成的NW 2在碱性介质中，C / WC阵列在10 mA cm –2的电流密度下表现出63 mV的小过大电势，在73 mV dec –1的低Tafel斜率下，在60 h后损耗可忽略不计。这项工作强调了可控的阴离子调节的潜在简便的固态合成策略以及3D自支撑碳氮化物的合理设计，这可能为构建其他高级能源材料提供可行的界面工程策略。
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