Tuning Mixed Nickel Iron Phosphosulfide Nanosheet Electrocatalysts for Enhanced Hydrogen and Oxygen Evolution

ACS Catalysis

Volumn 7, Issue 12, 2017, Pages 8549-8557

  Song, Bo ^a   Li, Kai ^a   Yin, Ying ^a   Wu, Tao ^b   Dang, Lianna ^b   Cabán Acevedo, Miguel ^b   Han, Jiecai ^a   Gao, Tangling ^c   Wang, Xianjie ^a   Zhang, Zhihua ^d   Schmidt, J R ^b   Xu, Ping ^a   Jin, Song ^b  

^a HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (China)

^b UNIVERSITY OF WISCONSIN MADISON   (United States)

^c Heilongjiang Academy of Sciences   (China)

^d DALIAN JIAOTONG UNIVERSITY   (China)

Author keywords

electrocatalysts; hydrogen evolution; nanosheet; nickel iron phosphosulfide; oxygen evolution

Indexed keywords

CATALYSTS; ELECTROCATALYSTS; ELECTROLYSIS; ELECTRONIC STRUCTURE; ENERGY CONVERSION; HYDROGEN; IRON; NANOSHEETS; NICKEL; OXYGEN; SURFACE REACTIONS;

HYDROGEN EVOLUTION; HYDROGEN EVOLUTION REACTIONS; NICKEL IRONS; OXYGEN EVOLUTION; OXYGEN EVOLUTION REACTION; RENEWABLE ENERGY CONVERSION SYSTEMS; REVERSIBLE HYDROGEN ELECTRODES; STRUCTURAL INVESTIGATION;

NICKEL COMPOUNDS;

EID: 85036478924     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.7b02575     Document Type: Article

References (65)

1. Seh, Z. W.; Kibsgaard, J.; Dickens, C. F.; Chorkendorff, I. B.; Norskov, J. K.; Jaramillo, T. F. Science 2017, 355, eaad4998 10.1126/science.aad4998
2. Han, L.; Dong, S. J.; Wang, E. K. Adv. Mater. 2016, 28, 9266-9291 10.1002/adma.201602270
3. McKone, J. R.; Sadtler, B. F.; Werlang, C. A.; Lewis, N. S.; Gray, H. B. ACS Catal. 2013, 3, 166-169 10.1021/cs300691m
4. Csernica, P. M.; McKone, J. R.; Mulzer, C. R.; Dichtel, W. R.; Abruna, H. D.; DiSalvo, F. J. ACS Catal. 2017, 7, 3375-3383 10.1021/acscatal.7b00344
5. Yin, Y.; Han, J. C.; Zhang, Y. M.; Zhang, X. H.; Xu, P.; Yuan, Q.; Samad, L.; Wang, X. J.; Wang, Y.; Zhang, Z. H.; Zhang, P.; Cao, X. Z.; Song, B.; Jin, S. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 7965-7972 10.1021/jacs.6b03714
6. Ding, Q.; Song, B.; Xu, P.; Jin, S. Chem. 2016, 1, 699-726 10.1016/j.chempr.2016.10.007
7. Staszak-Jirkovsky, J.; Malliakas, C. D.; Lopes, P. P.; Danilovic, N.; Kota, S. S.; Chang, K. C.; Genorio, B.; Strmcnik, D.; Stamenkovic, V. R.; Kanatzidis, M. G.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2015, 15, 197-203 10.1038/nmat4481
8. Wan, C.; Regmi, Y. N.; Leonard, B. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 6407-6410 10.1002/anie.201402998
9. Vrubel, H.; Hu, X. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 12703-12706 10.1002/anie.201207111
10. Chen, W. F.; Sasaki, K.; Ma, C.; Frenkel, A. I.; Marinkovic, N.; Muckerman, J. T.; Zhu, Y. M.; Adzic, R. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 6131-6135 10.1002/anie.201200699
11. Xie, J. F.; Li, S.; Zhang, X. D.; Zhang, J. J.; Wang, R. X.; Zhang, H.; Pan, B. C.; Xie, Y. Chem. Sci. 2014, 5, 4615-4620 10.1039/C4SC02019G
12. Jiang, M.; Li, Y. J.; Lu, Z. Y.; Sun, X. M.; Duan, X. Inorg. Chem. Front. 2016, 3, 630-634 10.1039/C5QI00232J
13. Xiao, P.; Sk, M. A.; Thia, L.; Ge, X. M.; Lim, R. J.; Wang, J. Y.; Lim, K. H.; Wang, X. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2624-2629 10.1039/C4EE00957F
14. Stern, L. A.; Feng, L. G.; Song, F.; Hu, X. L. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2347-2351 10.1039/C5EE01155H
15. Laursen, A. B.; Patraju, K. R.; Whitaker, M. J.; Retuerto, M.; Sarkar, T.; Yao, N.; Ramanujachary, K. V.; Greenblatt, M.; Dismukes, G. C. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1027-1034 10.1039/C4EE02940B
16. Wang, X. G.; Kolen'ko, Y. V.; Bao, X. Q.; Kovnir, K.; Liu, L. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 8188-8192 10.1002/anie.201502577
17. Popczun, E. J.; McKone, J. R.; Read, C. G.; Biacchi, A. J.; Wiltrout, A. M.; Lewis, N. S.; Schaak, R. E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9267-9270 10.1021/ja403440e
18. Caban-Acevedo, M.; Stone, M. L.; Schmidt, J. R.; Thomas, J. G.; Ding, Q.; Chang, H. C.; Tsai, M. L.; He, J. H.; Jin, S. Nat. Mater. 2015, 14, 1245-1251 10.1038/nmat4410
19. Mukherjee, D.; Austeria, P. M.; Sampath, S. ACS Energy Lett. 2016, 1, 367-372 10.1021/acsenergylett.6b00184
20. Jenjeti, R. N.; Austeria, M. P.; Sampath, S. ChemElectroChem 2016, 3, 1392-1399 10.1002/celc.201600235
21. Mayorga-Martinez, C. C.; Sofer, Z.; Sedmidubsk, D.; Huber, S.; Eng, A. Y. S.; Pumera, M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 12563-12573 10.1021/acsami.6b16553
22. Fominykh, K.; Chernev, P.; Zaharieva, I.; Sicklinger, J.; Stefanic, G.; Doblinger, M.; Muller, A.; Pokharel, A.; Bocklein, S.; Scheu, C.; Bein, T.; Fattakhova-Rohlfing, D. ACS Nano 2015, 9, 5180-5188 10.1021/acsnano.5b00520
23. Suntivich, J.; May, K. J.; Gasteiger, H. A.; Goodenough, J. B.; Shao-Horn, Y. Science 2011, 334, 1383-1385 10.1126/science.1212858
24. Smith, R. D. L.; Prevot, M. S.; Fagan, R. D.; Zhang, Z. P.; Sedach, P. A.; Siu, M. K. J.; Trudel, S.; Berlinguette, C. P. Science 2013, 340, 60-63 10.1126/science.1233638
25. Tang, C.; Wang, H. S.; Wang, H. F.; Zhang, Q.; Tian, G. L.; Nie, J. Q.; Wei, F. Adv. Mater. 2015, 27, 4516-4522 10.1002/adma.201501901
26. Gong, M.; Li, Y. G.; Wang, H. L.; Liang, Y. Y.; Wu, J. Z.; Zhou, J. G.; Wang, J.; Regier, T.; Wei, F.; Dai, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8452-8455 10.1021/ja4027715
27. Liang, H. F.; Meng, F.; Caban-Acevedo, M.; Li, L. S.; Forticaux, A.; Xiu, L. C.; Wang, Z. C.; Jin, S. Nano Lett. 2015, 15, 1421-1427 10.1021/nl504872s
28. Song, F.; Hu, X. L. Nat. Commun. 2014, 5, 4477 10.1038/ncomms5477
29. Trotochaud, L.; Young, S. L.; Ranney, J. K.; Boettcher, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6744-6753 10.1021/ja502379c
30. Zhang, B.; Zheng, X. L.; Voznyy, O.; Comin, R.; Bajdich, M.; Garcia-Melchor, M.; Han, L. L.; Xu, J. X.; Liu, M.; Zheng, L. R.; de Arquer, F. P. G.; Dinh, C. T.; Fan, F. J.; Yuan, M. J.; Yassitepe, E.; Chen, N.; Regier, T.; Liu, P. F.; Li, Y. H.; De Luna, P.; Janmohamed, A.; Xin, H. L. L.; Yang, H. G.; Vojvodic, A.; Sargent, E. H. Science 2016, 352, 333-337 10.1126/science.aaf1525
31. Jiang, W. J.; Niu, S.; Tang, T.; Zhang, Q. H.; Liu, X. Z.; Zhang, Y.; Chen, Y. Y.; Li, J. H.; Gu, L.; Wan, L. J.; Hu, J. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 6572-6577 10.1002/anie.201703183
32. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072-1075 10.1126/science.1162018
33. Yan, Y.; Xia, B. Y.; Zhao, B.; Wang, X. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 17587-17603 10.1039/C6TA08075H
34. Jamesh, M. I. J. Power Sources 2016, 333, 213-236 10.1016/j.jpowsour.2016.09.161
35. Kuang, M.; Zheng, G. F. Small 2016, 12, 5656-5675 10.1002/smll.201600977
36. Vigil, J. A.; Lambert, T. N.; Christensen, B. T. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 7549-7554 10.1039/C6TA00637J
37. Jin, H. Y.; Wang, J.; Su, D. F.; Wei, Z. Z.; Pang, Z. F.; Wang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2688-2694 10.1021/ja5127165
38. Chen, G. F.; Ma, T. Y.; Liu, Z. Q.; Li, N.; Su, Y. Z.; Davey, K.; Qiao, S. Z. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 3314-3323 10.1002/adfm.201505626
39. Ledendecker, M.; Calderon, S. K.; Papp, C.; Steinruck, H. P.; Antonietti, M.; Shalom, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 12361-12365 10.1002/anie.201502438
40. Yan, Y.; Xia, B. Y.; Ge, X. M.; Liu, Z. L.; Fisher, A.; Wang, X. Chem.-Eur. J. 2015, 21, 18062-18067 10.1002/chem.201503777
41. Read, C. G.; Callejas, J. F.; Holder, C. F.; Schaak, R. E. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 12798-12803 10.1021/acsami.6b02352
42. Zhang, B.; Xiao, C. H.; Xie, S. M.; Liang, J.; Chen, X.; Tang, Y. H. Chem. Mater. 2016, 28, 6934-6941 10.1021/acs.chemmater.6b02610
43. Jia, X. D.; Zhao, Y. F.; Chen, G. B.; Shang, L.; Shi, R.; Kang, X. F.; Waterhouse, G. I. N.; Wu, L. Z.; Tung, C. H.; Zhang, T. R. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502585 10.1002/aenm.201502585
44. Wang, Y. Y.; Xie, C.; Liu, D. D.; Huang, X. B.; Huo, J.; Wang, S. Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 18652-18657 10.1021/acsami.6b05811
45. Wang, H. T.; Lee, H. W.; Deng, Y.; Lu, Z. Y.; Hsu, P. C.; Liu, Y. Y.; Lin, D. C.; Cui, Y. Nat. Commun. 2015, 6, 7261 10.1038/ncomms8261
46. Tan, Y. W.; Wang, H.; Liu, P.; Shen, Y. H.; Cheng, C.; Hirata, A.; Fujita, T.; Tang, Z.; Chen, M. W. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 2257-2261 10.1039/C6EE01109H
47. Xu, X.; Song, F.; Hu, X. L. Nat. Commun. 2016, 7, 12324 10.1038/ncomms12324
48. Yu, X. Y.; Feng, Y.; Guan, B. Y.; Lou, X. W.; Paik, U. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1246-1250 10.1039/C6EE00100A
49. Chen, W.; Wang, H. T.; Li, Y. Z.; Liu, Y. Y.; Sun, J.; Lee, S. H.; Lee, J. S.; Cui, Y. ACS Cent. Sci. 2015, 1, 244-251 10.1021/acscentsci.5b00227
50. Jin, S. ACS Energy Lett. 2017, 2, 1937-1938 10.1021/acsenergylett.7b00679
51. Stiebritz, M. T.; Reiher, M. Inorg. Chem. 2010, 49, 5818-5823 10.1021/ic902529c
52. Konkena, B.; Masa, J.; Botz, A. J. R.; Sinev, I.; Xia, W.; Kossmann, J.; Drautz, R.; Muhler, M.; Schuhmann, W. ACS Catal. 2017, 7, 229-237 10.1021/acscatal.6b02203
53. Norskov, J. K.; Bligaard, T.; Logadottir, A.; Kitchin, J. R.; Chen, J. G.; Pandelov, S.; Norskov, J. K. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, J23-J26 10.1149/1.1856988
54. Ichimura, K.; Sano, M. Synth. Met. 1991, 45, 203-211 10.1016/0379-6779(91)91804-J
55. McCrory, C. C. L.; Jung, S. H.; Peters, J. C.; Jaramillo, T. F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16977-16987 10.1021/ja407115p
56. Chen, J. Y. C.; Dang, L. N.; Liang, H. F.; Bi, W. L.; Gerken, J. B.; Jin, S.; Alp, E. E.; Stahl, S. S. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15090-15093 10.1021/jacs.5b10699
57. Stevens, M. B.; Enman, L. J.; Batchellor, A. S.; Cosby, M. R.; Vise, A. E.; Trang, C. D. M.; Boettcher, S. W. Chem. Mater. 2017, 29, 120-140 10.1021/acs.chemmater.6b02796
58. Li, X.; Han, G. Q.; Liu, Y. R.; Dong, B.; Hu, W. H.; Shang, X.; Chai, Y. M.; Liu, C. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20057-20066 10.1021/acsami.6b05597
59. Wang, R. H.; Xu, C. H.; Lee, J. M. Nano Energy 2016, 19, 210-221 10.1016/j.nanoen.2015.10.030
60. Louie, M. W.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 12329-12337 10.1021/ja405351s
61. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993, 48, 13115-13118 10.1103/PhysRevB.48.13115
62. Kresse, G.; Hafner, J. J. Non-Cryst. Solids 1993, 156-158, 956-960 10.1016/0022-3093(93)90104-6
63. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993, 47, 558-561 10.1103/PhysRevB.47.558
64. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 59, 1758-1775 10.1103/PhysRevB.59.1758
65. Blochl, P. E. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994, 50, 17953-17979 10.1103/PhysRevB.50.17953