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Constructing a bifunctional MoO2/Co heterojunction for efficient electrocatalytic hydrogen evolution and hydrazine oxidation
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-08-12 , DOI: 10.1039/d2ta03659b Yuhao Guo 1 , Xiaolei Liu 1 , Yanmei Zang 2 , Yaqiang Wu 1 , Qianqian Zhang 1 , Zeyan Wang 1 , Yuanyuan Liu 1 , Zhaoke Zheng 1 , Hefeng Cheng 1 , Baibiao Huang 1 , Ying Dai 2 , Peng Wang 1
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-08-12 , DOI: 10.1039/d2ta03659b Yuhao Guo 1 , Xiaolei Liu 1 , Yanmei Zang 2 , Yaqiang Wu 1 , Qianqian Zhang 1 , Zeyan Wang 1 , Yuanyuan Liu 1 , Zhaoke Zheng 1 , Hefeng Cheng 1 , Baibiao Huang 1 , Ying Dai 2 , Peng Wang 1
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The anode oxygen evolution reaction (OER) in electrochemical water splitting hinders the cathode hydrogen evolution reaction (HER) due to its larger thermodynamic barrier and slow kinetic process, while the anode hydrazine oxidation reaction (HzOR) provides an alternative way to solve this problem. Meanwhile, metal-based electrocatalysts frequently appear in cathodic reactions due to their excellent electrical conductivity and catalytic performance. However, the susceptibility to oxidation of metals limits their application in anodic reactions. Herein, we successfully introduced cobalt (Co) metal as a host material to synthesize the MoO2/Co heterojunction for the electrocatalytic reaction, which can achieve a current density of 10 mA cm−2 at −48 mV for the HER and −73 mV for the HzOR. Moreover, the two-electrode overall hydrazine splitting (OHzS) electrolyzer requires an extremely small cell voltage of 35 mV for 10 mA cm−2. DFT calculations demonstrate that MoO2 and Co can simultaneously optimize the free energy of hydrogen adsorption (ΔGH*) and the stepwise dehydrogenation process of N2H4 benefiting from the constructed heterojunction. This research designs an innovative method of developing metal-incorporated materials for the study of enhanced bifunctional electrocatalysts and improves an energy-efficient H2 generating technology.
中文翻译：
构建用于高效电催化析氢和肼氧化的双功能 MoO2/Co 异质结
电化学水分解中的阳极析氧反应（OER）由于其较大的热力学势垒和缓慢的动力学过程而阻碍了阴极析氢反应（HER），而阳极肼氧化反应（HzOR）提供了解决该问题的替代方法。同时，金属基电催化剂由于其优异的导电性和催化性能而经常出现在阴极反应中。然而，金属对氧化的敏感性限制了它们在阳极反应中的应用。在此，我们成功地引入钴（Co）金属作为主体材料，合成了用于电催化反应的 MoO 2 /Co 异质结，可实现 10 mA cm -2的电流密度HER 为 -48 mV，HzOR 为 -73 mV。此外，对于 10 mA cm -2，双电极整体肼分解 (OHzS) 电解槽需要 35 mV 的极小电池电压。DFT计算表明，MoO 2和Co可以同时优化氢吸附自由能（Δ G H *）和N 2 H 4的逐步脱氢过程，这得益于构建的异质结。本研究设计了一种开发用于研究增强型双功能电催化剂的金属结合材料的创新方法，并改进了一种节能的 H 2生成技术。
更新日期：2022-08-12
中文翻译：
构建用于高效电催化析氢和肼氧化的双功能 MoO2/Co 异质结
电化学水分解中的阳极析氧反应（OER）由于其较大的热力学势垒和缓慢的动力学过程而阻碍了阴极析氢反应（HER），而阳极肼氧化反应（HzOR）提供了解决该问题的替代方法。同时，金属基电催化剂由于其优异的导电性和催化性能而经常出现在阴极反应中。然而，金属对氧化的敏感性限制了它们在阳极反应中的应用。在此，我们成功地引入钴（Co）金属作为主体材料，合成了用于电催化反应的 MoO 2 /Co 异质结，可实现 10 mA cm -2的电流密度HER 为 -48 mV，HzOR 为 -73 mV。此外，对于 10 mA cm -2，双电极整体肼分解 (OHzS) 电解槽需要 35 mV 的极小电池电压。DFT计算表明，MoO 2和Co可以同时优化氢吸附自由能（Δ G H *）和N 2 H 4的逐步脱氢过程，这得益于构建的异质结。本研究设计了一种开发用于研究增强型双功能电催化剂的金属结合材料的创新方法，并改进了一种节能的 H 2生成技术。
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