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NiFeOOH-Co9S8-Intercalated Nanostructure Arrays for Energy-Efficient H2 Production and Sulfion Oxidation at High Current Density
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-10-06 , DOI: 10.1021/acsanm.3c03438 Santosh Semwal 1 , Renna Shakir 2 , Jeyakumar Karthikeyan 3 , Akhoury Sudhir Kumar Sinha 2 , Umaprasana Ojha 1
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2023-10-06 , DOI: 10.1021/acsanm.3c03438 Santosh Semwal 1 , Renna Shakir 2 , Jeyakumar Karthikeyan 3 , Akhoury Sudhir Kumar Sinha 2 , Umaprasana Ojha 1
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Though electrocatalysts displaying efficacy for the hydrogen evolution reaction (HER) or sulfion oxidation reaction (SOR) individually are available in the literature, systems exhibiting proficiency toward the HER and SOR together are desirable to produce H2 in a robustly energy-efficient manner. Furthermore, simultaneous facile growth and intercalation of multiple nanocatalyst systems to achieve the above objective are synthetically challenging. Herewith, the reactivity preferences of Lewis acid (FeCl3) and salt [Co(NO3)2] are utilized to longitudinally grow NiFeOOH-Co9S8-n intercalated nanostructure arrays of varied Fe:Co ratios on Nickel foam using a one-step procedure at low temperature (50 °C). The NiFeOOH-Co9S8-n exhibit bifunctionality and H2 production at a relatively high j value of 1000 mA/cm2 is realized at a low overall potential (SOR + HER) value of 0.84 V in NaOH (1.0 M)-Na2S (1.0 M). The efficiency of the electrode enabled the SOR j value to reach 1000 mA/cm2 at 0.72 V in 1.0 M Na2S solution in the absence of NaOH. The density functional theory analysis revealed that the oxide doping of the Co9S8 facilitated by the FeOOH-Co9S8 intercalation promoted the electrocatalytic activity. The nanocatalyst promotes highly energy-efficient and sustainable H2 production, where a j value of 100 mA/cm2 under the electrolyzer mode is realized at an unprecedented potential of 0.44 V (iR-uncorrected) and ultralow power consumption (11.8 kW h/kg H2), which is minimum among reported systems suggesting its viability toward commercial production of H2 in future.
中文翻译：
NiFeOOH-Co9S8 插层纳米结构阵列用于高电流密度下高效节能的氢气生产和硫离子氧化
尽管在文献中可以找到单独对析氢反应（HER）或硫离子氧化反应（SOR）表现出功效的电催化剂，但同时表现出对HER和SOR的熟练程度的系统需要以稳健的节能方式产生H 2 。此外，同时轻松生长和插入多种纳米催化剂系统以实现上述目标具有综合挑战性。因此，利用路易斯酸(FeCl 3 )和盐[Co(NO 3 ) 2 ]的反应性偏好，使用一种方法在泡沫镍上纵向生长不同Fe:Co比例的NiFeOOH-Co 9 S 8 - n插层纳米结构阵列。 - 低温 (50 °C) 下的步骤程序。NiFeOOH-Co 9 S 8 - n表现出双功能性，并且在 NaOH (1.0 M) 中以 0.84 V 的低总电势 (SOR + HER) 值实现了1000 mA/cm 2相对较高j值的H 2生产。 Na 2 S (1.0 M)。电极的效率使得SOR j值在不存在NaOH的1.0M Na 2 S溶液中在0.72V下达到1000mA/cm 2 。密度泛函理论分析表明，FeOOH-Co 9 S 8插层促进的Co 9 S 8氧化物掺杂促进了电催化活性。该纳米催化剂可促进高能效和可持续的 H 2生产，电解槽模式下的j值达到 100 mA/cm 2，电压达到前所未有的 0.44 V（iR 未校正）和超低功耗（11.8 kW h/ kg H 2），这是已报道系统中的最小值，表明其未来商业化生产 H 2的可行性。
更新日期：2023-10-06
中文翻译：
NiFeOOH-Co9S8 插层纳米结构阵列用于高电流密度下高效节能的氢气生产和硫离子氧化
尽管在文献中可以找到单独对析氢反应（HER）或硫离子氧化反应（SOR）表现出功效的电催化剂，但同时表现出对HER和SOR的熟练程度的系统需要以稳健的节能方式产生H 2 。此外，同时轻松生长和插入多种纳米催化剂系统以实现上述目标具有综合挑战性。因此，利用路易斯酸(FeCl 3 )和盐[Co(NO 3 ) 2 ]的反应性偏好，使用一种方法在泡沫镍上纵向生长不同Fe:Co比例的NiFeOOH-Co 9 S 8 - n插层纳米结构阵列。 - 低温 (50 °C) 下的步骤程序。NiFeOOH-Co 9 S 8 - n表现出双功能性，并且在 NaOH (1.0 M) 中以 0.84 V 的低总电势 (SOR + HER) 值实现了1000 mA/cm 2相对较高j值的H 2生产。 Na 2 S (1.0 M)。电极的效率使得SOR j值在不存在NaOH的1.0M Na 2 S溶液中在0.72V下达到1000mA/cm 2 。密度泛函理论分析表明，FeOOH-Co 9 S 8插层促进的Co 9 S 8氧化物掺杂促进了电催化活性。该纳米催化剂可促进高能效和可持续的 H 2生产，电解槽模式下的j值达到 100 mA/cm 2，电压达到前所未有的 0.44 V（iR 未校正）和超低功耗（11.8 kW h/ kg H 2），这是已报道系统中的最小值，表明其未来商业化生产 H 2的可行性。
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