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Electrocatalytic synergy from Ni-enhanced WS2 for alkaline overall water splitting with tuning electronic structure and crystal phase transformation
Journal of Colloid and Interface Science ( IF 9.4 ) Pub Date : 2025-01-22 , DOI: 10.1016/j.jcis.2025.01.194
Chenyu Song 1 , Jishuang Yang 1 , Shuangting Ren 1 , Shree Kesavan Kannan 2 , Shanhu Liu 2 , Ruimin Xing 1
Journal of Colloid and Interface Science ( IF 9.4 ) Pub Date : 2025-01-22 , DOI: 10.1016/j.jcis.2025.01.194
Chenyu Song 1 , Jishuang Yang 1 , Shuangting Ren 1 , Shree Kesavan Kannan 2 , Shanhu Liu 2 , Ruimin Xing 1
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Due to the limited active sites and poor conductivity, the application of tungsten disulfide (WS2 ) in alkaline water electrolysis remains a challenge. Herein, Ni-WS2 nanosheet arrays were in situ grown on the carbon fiber paper (Ni-WS2 /CFP) as an electrocatalyst for hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) in alkaline media, and the introduction degree of Ni can be regulated by adjusting the electrodeposition time. When the electrodeposition time is 3 min, Ni ions are doped into the lattice of WS2 , and by prolonging the electrodeposition time to 10 min, the nickel disulfide (NiS2 ) crystal phase is generated to form NiS2 @WS2 heterojunction. The optimized Ni-WS2 /CFP-10 min catalyst requires the overpotentials of 65 mV for HER and 251 mV for OER to achieve the current density of 10 mA cm−2 . A two-electrode water electrolysis device employing the Ni-WS2 /CFP-10 min electrocatalyst requires a cell voltage of 1.63 V at the current density of 10 mA cm−2 . This work provides a new perspective for enhancing the electrocatalytic performance of WS2 -based electrocatalysts by introducing heteroatoms and constructing heterojunction.
中文翻译：
Ni 增强型 WS2 的电催化协同作用，用于碱性整体水分解，具有调节电子结构和晶相变功能
由于活性位点有限且导电性差，二硫化钨 （WS2） 在碱性水电解中的应用仍然是一个挑战。本文在碳纤维纸 （Ni-WS2/CFP） 上原位生长 Ni-WS2 纳米片阵列，作为碱性介质中析氢反应 （HER） 和析氧反应 （OER） 的电催化剂，可以通过调整电沉积时间来调节 Ni 的引入程度。当电沉积时间为 3 min 时，Ni 离子被掺杂到 WS2 的晶格中，通过将电沉积时间延长至 10 min，产生二硫化镍 （NiS2） 晶相，形成NiS2@WS2异质结。优化的 Ni-WS2/CFP-10 min 催化剂需要 65 mV 的 HER 过电位和 251 mV 的 OER 过电位才能达到 10 mA cm-2 的电流密度。采用 Ni-WS2/CFP-10 min 电催化剂的双电极水电解装置需要 1.63 V 的电池电压和 10 mA cm-2 的电流密度。这项工作为通过引入杂原子和构建异质结来提高 WS2 基电催化剂的电催化性能提供了新的视角。
更新日期：2025-01-22
中文翻译：
Ni 增强型 WS2 的电催化协同作用，用于碱性整体水分解，具有调节电子结构和晶相变功能
由于活性位点有限且导电性差，二硫化钨 （WS2） 在碱性水电解中的应用仍然是一个挑战。本文在碳纤维纸 （Ni-WS2/CFP） 上原位生长 Ni-WS2 纳米片阵列，作为碱性介质中析氢反应 （HER） 和析氧反应 （OER） 的电催化剂，可以通过调整电沉积时间来调节 Ni 的引入程度。当电沉积时间为 3 min 时，Ni 离子被掺杂到 WS2 的晶格中，通过将电沉积时间延长至 10 min，产生二硫化镍 （NiS2） 晶相，形成NiS2@WS2异质结。优化的 Ni-WS2/CFP-10 min 催化剂需要 65 mV 的 HER 过电位和 251 mV 的 OER 过电位才能达到 10 mA cm-2 的电流密度。采用 Ni-WS2/CFP-10 min 电催化剂的双电极水电解装置需要 1.63 V 的电池电压和 10 mA cm-2 的电流密度。这项工作为通过引入杂原子和构建异质结来提高 WS2 基电催化剂的电催化性能提供了新的视角。
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