Ni2 dopado con Mn O3 /Ni2 NixSy/Ni2 dopado con P y Mn P se fabrican con éxito a través de una reacción hidrotermal y, posteriormente, fosforización y sulfurización. Los resultados de la caracterización también muestran la existencia de heteroestructuras y la correspondiente composición de los electrocatalizadores fabricados. Crédito:Science China Press
El hidrógeno ha atraído una gran atención de la academia y la industria como fuente de energía debido a su compatibilidad ambiental intrínseca, abundancia y alta densidad de energía (120 MJ kg −1 ). La división electrocatalítica del agua es una ruta ecológica para producir hidrógeno, especialmente cuando la electricidad proviene de fuentes renovables que minimizan las emisiones de dióxido de carbono durante todo el proceso.
La reacción de evolución de oxígeno (OER) en el ánodo y la reacción de evolución de hidrógeno (HER) en el cátodo son dos semirreacciones en la división electrocatalítica del agua. Los compuestos basados en Pt y Ru/Ir son los electrocatalizadores de metales nobles de alto rendimiento más conocidos para HER y OER, respectivamente. Sin embargo, la escasez y el alto costo de estos metales nobles dificultan su aplicación en la electrólisis del agua. Por lo tanto, con perspectivas globales, es esencial desarrollar electrocatalizadores de metales no nobles abundantes en la tierra para tecnologías de división de agua de próxima generación. Recientemente, se ha confirmado que los electrocatalizadores a base de Ni son efectivos para impulsar la división electrocatalítica del agua, pero su rendimiento no es lo suficientemente alto para la producción de hidrógeno a gran escala.
Un equipo en China ha fabricado con éxito Ni2 dopado con Mn O3 /Ni2 Nix dopado con P y Mn Sy /Ni2 P a través de una fácil reacción hidrotermal y posteriormente método de fosforización y sulfurización.
Los picos de difracción de rayos X (XRD) de Nix dopado con Mn Sy /Ni2 Ni2 dopado con P y Mn O3 /Ni2 P indica que Nix dopado con Mn Sy /Ni2 P está compuesto por Nix Sy y Ni2 P, mientras que Ni2 dopado con Mn O3 /Ni2 P consta de Ni2 O3 y Ni2 P. Además, las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) muestran la microestructura de nanoláminas de Ni2 dopado con Mn O3 /Ni2 Nix dopado con P y Mn Sy /Ni2 P. Sin embargo, las heteroestructuras de Ni2 O3 /Ni2 P y Nix Sy /Ni2 P son confirmados por las imágenes TEM de alta resolución.
Beneficiándose de la modulación electrónica y abundantes sitios activos, Ni2 dopado con Mn O3 /Ni2 P exhibió una actividad HER superior con una densidad de corriente de −10 mA cm −2 a un sobrepotencial bajo de 104 mV. Mientras tanto, Nix dopado con Mn Sy /Ni2 P alcanzó una densidad de corriente de 100 mA cm −2 a un sobrepotencial bajo de 290 mV para OER y mostró un potencial casi constante a 50 mA cm −2 durante 160 h. Curiosamente, la celda electrolítica construida por estos dos electrocatalizadores requería un voltaje de celda de solo 1,65 V para producir 10 mA cm −2 con estabilidad superior a 50 mA cm −2 durante 120 h.
En conclusión, mediante la combinación de tres estrategias, dopaje con Mn, ingeniería de heteroestructuras y la aplicación de matrices de nanoláminas en 3D, Ni2 dopado con Mn O3 /Ni2 Nix dopado con P y Mn Sy /Ni2 P se fabrican con éxito mediante una fácil reacción hidrotermal seguida de fosforización, y en el caso de Nix dopado con Mn Sy /Ni2 P, sulfurización. Las actividades intrínsecas altas están habilitadas por la modulación electrónica de las heteroestructuras y el dopaje de Mn, mientras que los sitios activos abundantes están garantizados por áreas de superficie activa ampliadas de las matrices de nanohojas 3D. La combinación mejora acumulativamente las actividades electrocatalíticas hacia HER, OER y la división general del agua.
La investigación fue publicada en Science China Materials . El catalizador de nanopartículas de fosfuro de níquel es el paquete completo
