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Immobilization of Ni3Co Nanoparticles into N-Doped Carbon Nanotube/Nanofiber Integrated Hierarchically Branched Architectures toward Efficient Overall Water Splitting.
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2019-12-01 , DOI: 10.1002/advs.201902371 Tongfei Li 1, 2 , Sulin Li 1 , Qianyu Liu 1 , Jingwen Yin 1 , Dongmei Sun 1 , Mingyi Zhang 3 , Lin Xu 1 , Yawen Tang 1 , Yiwei Zhang 2
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2019-12-01 , DOI: 10.1002/advs.201902371 Tongfei Li 1, 2 , Sulin Li 1 , Qianyu Liu 1 , Jingwen Yin 1 , Dongmei Sun 1 , Mingyi Zhang 3 , Lin Xu 1 , Yawen Tang 1 , Yiwei Zhang 2
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Exploring cost-effective and high-performance bifunctional electrocatalysts for both hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) is of paramount importance for the advancement of H2 production technology, yet remains a huge challenge. Herein, a simple electrospinning-pyrolysis strategy is developed to directly immobilize uniform Ni3Co nanoparticles into a hierarchical branched architecture constructed by in situ formed N-doped carbon-nanotube-grafted carbon nanofibers. The elaborate construction of such hybrid hierarchical architecture can effectively modulate the electronic structure of the active sites, enlarge the exposure of active sites, and facilitate the electron transfer and mass diffusion, favoring both the HER and OER. As a result, the optimized catalyst requires relatively low overpotentials of 114 and 243 mV for HER and OER, respectively, to deliver a current density of 10 mA cm-2 in 0.1 m KOH electrolyte. When employed as a bifunctional catalyst for overall water splitting, the resultant catalyst shows a low cell voltage of 1.57 V to achieve a current density of 10 mA cm-2, along with an impressive stability without noticeable attenuation even after 27 h. This work presents a successful demonstration in optimizing the electrocatalytic performance of Ni-based bifunctional electrocatalysts by simultaneously considering modulation of electronic structure, hybridization with carbon substrate, and nanostructuring through a facile synthetic strategy, which provides a new avenue to the design of a rich variety of robust transition-metal-based electrocatalysts for large-scale water electrolysis.
中文翻译：
将 Ni3Co 纳米颗粒固定到氮掺杂碳纳米管/纳米纤维集成的分层分支结构中，以实现高效的总体水分解。
探索用于析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的经济高效的高性能双功能电催化剂对于制氢技术的进步至关重要，但仍然是一个巨大的挑战。在此，开发了一种简单的静电纺丝热解策略，将均匀的 Ni3Co 纳米粒子直接固定到由原位形成的 N 掺杂碳纳米管接枝碳纳米纤维构建的分层分支结构中。这种混合分层结构的精心构建可以有效调节活性位点的电子结构，扩大活性位点的暴露，促进电子转移和质量扩散，有利于HER和OER。因此，优化后的催化剂需要相对较低的 HER 和 OER 过电位，分别为 114 和 243 mV，才能在 0.1 m KOH 电解质中提供 10 mA cm-2 的电流密度。当用作全水分解的双功能催化剂时，所得催化剂表现出 1.57 V 的低电池电压，可实现 10 mA cm-2 的电流密度，并且具有令人印象深刻的稳定性，即使在 27 小时后也没有明显的衰减。这项工作成功地展示了通过简单的合成策略同时考虑电子结构的调制、与碳基底的杂化和纳米结构来优化镍基双功能电催化剂的电催化性能，这为设计丰富的品种提供了新的途径用于大规模水电解的稳健的过渡金属基电催化剂。
更新日期：2019-12-03
中文翻译：
将 Ni3Co 纳米颗粒固定到氮掺杂碳纳米管/纳米纤维集成的分层分支结构中，以实现高效的总体水分解。
探索用于析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的经济高效的高性能双功能电催化剂对于制氢技术的进步至关重要，但仍然是一个巨大的挑战。在此，开发了一种简单的静电纺丝热解策略，将均匀的 Ni3Co 纳米粒子直接固定到由原位形成的 N 掺杂碳纳米管接枝碳纳米纤维构建的分层分支结构中。这种混合分层结构的精心构建可以有效调节活性位点的电子结构，扩大活性位点的暴露，促进电子转移和质量扩散，有利于HER和OER。因此，优化后的催化剂需要相对较低的 HER 和 OER 过电位，分别为 114 和 243 mV，才能在 0.1 m KOH 电解质中提供 10 mA cm-2 的电流密度。当用作全水分解的双功能催化剂时，所得催化剂表现出 1.57 V 的低电池电压，可实现 10 mA cm-2 的电流密度，并且具有令人印象深刻的稳定性，即使在 27 小时后也没有明显的衰减。这项工作成功地展示了通过简单的合成策略同时考虑电子结构的调制、与碳基底的杂化和纳米结构来优化镍基双功能电催化剂的电催化性能，这为设计丰富的品种提供了新的途径用于大规模水电解的稳健的过渡金属基电催化剂。
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