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Generation of Ni3S2 nanorod arrays with high-density bridging S22- by introducing a small amount of Na3VO4·12H2O for superior hydrogen evolution reaction.
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-01-08 , DOI: 10.1039/c9nr09027d Dan Yang 1 , Liyun Cao , Jianfeng Huang , Koji Kajiyoshi , Li Feng , Lingjiang Kou , Qianqian Liu , Liangliang Feng
Nanoscale ( IF 5.8 ) Pub Date : 2020-01-08 , DOI: 10.1039/c9nr09027d Dan Yang 1 , Liyun Cao , Jianfeng Huang , Koji Kajiyoshi , Li Feng , Lingjiang Kou , Qianqian Liu , Liangliang Feng
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Bridging S22- moieties have been demonstrated to be highly active sites existing in metal polysulfides for the hydrogen evolution reaction (HER), thus the incorporation of high-density bridging S22- into a Ni3S2 material to improve its electrocatalytic HER performance is highly desirable and challenging. Herein, we report a novel Ni3S2 nanorod array decorated with (020)-oriented VS4 nanocrystals grown on nickel foam (Shig-NS-rod/NF) via a simple and facile solvothermal method. Results show that the in situ incorporation of VS4 not only triggers the formation of such a nanorod array structure, but also contributes to the uniform grafting of high-density and high catalytically active bridging S22- sites on the interface between Ni3S2 and VS4 for enhanced HER activity, and also promotes the absorption ability of OH- radicals and thus accelerates the HER Volmer step in alkaline media. As expected, the resultant Shig-NS-rod/NF material exhibits impressive catalytic performance toward the HER, with a much lower overpotential of 137 mV at 10 mA cm-2 and a long-term durability for at least 22 h, and is superior to Ni3S2 nanorod arrays with low-density bridging S22- (Slow-NS-rod/NF) and NS-film/NF counterparts (without VS4), even outperforming the NF-supported 20% Pt/C at a large current density of over 120 mA cm-2. Our findings put forward fresh insight into the rational design of highly efficient electrocatalysts toward the HER for green hydrogen fuel production.
中文翻译：
通过引入少量的Na3VO4·12H2O来实现优异的析氢反应，从而生成具有高密度桥接S22-的Ni3S2纳米棒阵列。
已证明桥接S22-部分是金属多硫化物中存在的用于氢释放反应（HER）的高活性位点，因此，将高密度桥接S22-掺入Ni3S2材料中以改善其电催化HER性能是非常需要的，并且具有挑战性。本文中，我们报告了一种新颖的Ni3S2纳米棒阵列，该阵列通过简单而容易的溶剂热方法，在泡沫镍（Shig-NS-rod / NF）上生长了以（020）取向的VS4纳米晶体作为装饰。结果表明，就地掺入VS4不仅触发了这种纳米棒阵列结构的形成，而且还有助于Ni3S2和VS4之间界面上高密度和高催化活性的桥连S22-位的均匀接枝，从而增强了HER活动，并且还提高了OH自由基的吸收能力，从而加快了在碱性介质中的HER Volmer步骤。如预期的那样，所得的Shig-NS-rod / NF材料对HER表现出令人印象深刻的催化性能，在10 mA cm-2时的过电位低得多，为137 mV，并且至少22 h的长期耐用性，因此非常出色具有低密度桥接S22-（Slow-NS-rod / NF）和NS-film / NF对应物（不带VS4）的Ni3S2纳米棒阵列，甚至在超过50％的大电流密度下也胜过NF支撑的20％Pt / C 120 mA cm-2。我们的发现为绿色氢燃料生产用HER的高效电催化剂的合理设计提出了新的见解。在10 mA cm-2时具有低得多的137 mV的超电势，并具有至少22 h的长期耐久性，并且优于具有低密度桥接S22-（Slow-NS-rod / NF）的Ni3S2纳米棒阵列和NS膜/ NF对应物（不带VS4），甚至在120 mA cm-2以上的大电流密度下，甚至胜过NF支撑的20％Pt / C。我们的发现为绿色氢燃料生产用HER的高效电催化剂的合理设计提出了新的见解。在10 mA cm-2时具有低得多的137 mV的超电势，并具有至少22 h的长期耐久性，并且优于具有低密度桥接S22-（Slow-NS-rod / NF）的Ni3S2纳米棒阵列和NS膜/ NF对应物（不带VS4），甚至在120 mA cm-2以上的大电流密度下，甚至胜过NF支撑的20％Pt / C。我们的发现为绿色氢燃料生产用HER的高效电催化剂的合理设计提出了新的见解。
更新日期：2020-01-08
中文翻译：
通过引入少量的Na3VO4·12H2O来实现优异的析氢反应，从而生成具有高密度桥接S22-的Ni3S2纳米棒阵列。
已证明桥接S22-部分是金属多硫化物中存在的用于氢释放反应（HER）的高活性位点，因此，将高密度桥接S22-掺入Ni3S2材料中以改善其电催化HER性能是非常需要的，并且具有挑战性。本文中，我们报告了一种新颖的Ni3S2纳米棒阵列，该阵列通过简单而容易的溶剂热方法，在泡沫镍（Shig-NS-rod / NF）上生长了以（020）取向的VS4纳米晶体作为装饰。结果表明，就地掺入VS4不仅触发了这种纳米棒阵列结构的形成，而且还有助于Ni3S2和VS4之间界面上高密度和高催化活性的桥连S22-位的均匀接枝，从而增强了HER活动，并且还提高了OH自由基的吸收能力，从而加快了在碱性介质中的HER Volmer步骤。如预期的那样，所得的Shig-NS-rod / NF材料对HER表现出令人印象深刻的催化性能，在10 mA cm-2时的过电位低得多，为137 mV，并且至少22 h的长期耐用性，因此非常出色具有低密度桥接S22-（Slow-NS-rod / NF）和NS-film / NF对应物（不带VS4）的Ni3S2纳米棒阵列，甚至在超过50％的大电流密度下也胜过NF支撑的20％Pt / C 120 mA cm-2。我们的发现为绿色氢燃料生产用HER的高效电催化剂的合理设计提出了新的见解。在10 mA cm-2时具有低得多的137 mV的超电势，并具有至少22 h的长期耐久性，并且优于具有低密度桥接S22-（Slow-NS-rod / NF）的Ni3S2纳米棒阵列和NS膜/ NF对应物（不带VS4），甚至在120 mA cm-2以上的大电流密度下，甚至胜过NF支撑的20％Pt / C。我们的发现为绿色氢燃料生产用HER的高效电催化剂的合理设计提出了新的见解。在10 mA cm-2时具有低得多的137 mV的超电势，并具有至少22 h的长期耐久性，并且优于具有低密度桥接S22-（Slow-NS-rod / NF）的Ni3S2纳米棒阵列和NS膜/ NF对应物（不带VS4），甚至在120 mA cm-2以上的大电流密度下，甚至胜过NF支撑的20％Pt / C。我们的发现为绿色氢燃料生产用HER的高效电催化剂的合理设计提出了新的见解。
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