Ni2 drogato con Mn O3 /Ni2 NixSy/Ni2 drogati con P e Mn P sono fabbricati con successo attraverso la reazione idrotermale e successivamente la fosforizzazione e solforazione. I risultati della caratterizzazione mostrano anche che l'esistenza di eterostrutture e la corrispondente composizione di elettrocatalizzatori fabbricati. Credito:Science China Press
L'idrogeno ha attirato l'attenzione del mondo accademico e industriale come fonte di energia grazie alla sua compatibilità ambientale intrinseca, abbondanza e alta densità di energia (120 MJ kg −1 ). La scissione elettrocatalitica dell'acqua è un percorso ecologico per produrre idrogeno, soprattutto quando l'elettricità proviene da fonti rinnovabili che riducono al minimo le emissioni di anidride carbonica durante tutto il processo.
La reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) sull'anodo e la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) sul catodo sono due semireazioni nella scissione elettrocatalitica dell'acqua. I composti a base di Pt e Ru/Ir sono gli elettrocatalizzatori di metalli nobili ad alte prestazioni più noti rispettivamente per HER e OER. Tuttavia, la scarsità e l'alto costo di tali metalli nobili ostacolano la loro applicazione nell'elettrolisi dell'acqua. Pertanto, con prospettive globali, è essenziale sviluppare elettrocatalizzatori di metalli non nobili abbondanti in terra per le tecnologie di scissione dell'acqua di prossima generazione. Recentemente, è stato confermato che gli elettrocatalizzatori a base di Ni sono efficaci per aumentare la scissione elettrocatalitica dell'acqua, ma le loro prestazioni non sono sufficientemente elevate per la produzione di idrogeno su larga scala.
Un team in Cina ha fabbricato con successo Ni2 drogato con Mn O3 /Ni2 Nix drogati con P e Mn Sy /Ni2 P mediante facile reazione idrotermale e successivamente metodo di fosforizzazione e solforazione.
I picchi di diffrazione dei raggi X (XRD) di Nix drogati con Mn Sy /Ni2 Ni2 drogati con P e Mn O3 /Ni2 P indica che Nix drogato con Mn Sy /Ni2 P è composto da Nix Sy e Ni2 P, mentre Ni2 drogato con Mn O3 /Ni2 P è costituito da Ni2 O3 e Ni2 P. Inoltre, le immagini della microscopia elettronica a scansione (SEM) e della microscopia elettronica a trasmissione (TEM) mostrano entrambe la microstruttura dei nanosheet di Ni2 drogato con Mn O3 /Ni2 Nix drogati con P e Mn Sy /Ni2 P. Tuttavia, le eterostrutture di Ni2 O3 /Ni2 P e Nix Sy /Ni2 P sono confermati dalle immagini TEM ad alta risoluzione.
Beneficiando della modulazione elettronica e di abbondanti siti attivi, Ni2 drogato con Mn O3 /Ni2 P ha mostrato un'attività HER superiore con una densità di corrente di -10 mA cm -2 con un basso sovrapotenziale di 104 mV. Nel frattempo, Nix drogato con Mn Sy /Ni2 P ha raggiunto una densità di corrente di 100 mA cm −2 a un basso sovrapotenziale di 290 mV per OER e ha mostrato un potenziale quasi costante a 50 mA cm −2 per 160 ore. È interessante notare che la cella elettrolitica costruita da questi due elettrocatalizzatori richiedeva una tensione della cella di soli 1,65 V per fornire 10 mA cm −2 con stabilità superiore a 50 mA cm −2 per 120 ore.
In conclusione, combinando tre strategie, drogaggio con Mn, ingegneria dell'eterostruttura e applicando array di nanosheet 3D, Ni2 drogato con Mn O3 /Ni2 Nix drogati con P e Mn Sy /Ni2 P sono fabbricati con successo da una facile reazione idrotermale seguita da fosforizzazione e, nel caso di Nix drogato con Mn Sy /Ni2 P, solforazione. Elevate attività intrinseche sono abilitate dalla modulazione elettronica delle eterostrutture e dal drogaggio di Mn, mentre abbondanti siti attivi sono garantiti da aree di superficie attiva allargate dagli array di nanosheet 3D. La combinazione migliora cumulativamente le attività elettrocatalitiche verso HER, OER e la scissione complessiva dell'acqua.
La ricerca è stata pubblicata su Science China Materials . + Esplora ulteriormente
