Defect-enriched nickel sulfide (D-Ni3S2) nanosheets grown on Ni foam are designed as an efficient bifunctional electrocatalyst for overall water splitting (OWS). The optimal (D2-Ni3S2) catalyst exhibits overpotentials of 52 mV for hydrogen evolution reaction and 210 mV for oxygen evolution reaction at 10 mA cm−2. With regard to the OWS, the assembled two-electrode (D2-Ni3S2//D2-Ni3S2) alkaline electrolyzer requires a low cell voltage of 1.52 V at 10 mA cm−2, with robust stability over 100 h, outperforming the commercial Pt/C-IrO2 couple and is even comparable to the most reported Ni3S2-based heterostructure electrocatalysts. Combined with density functional theory calculations, the rich defects can improve the electric conductivity and tune the chemisorption of H+ and OH, thus remarkably enhancing the OWS activity. This work offers a promising avenue to design efficient bifunctional catalysts toward OWS by defect engineering.

1.
Y.
Jiao
,
Y.
Zheng
,
M.
Jaroniecb
, and
S. Z.
Qiao
,
Chem. Soc. Rev.
44
,
2060
(
2015
).
2.
Z. H.
Xia
and
S. J.
Guo
,
Chem. Soc. Rev.
48
,
3265
(
2019
).
3.
J.
Zhang
,
T.
Wang
,
D.
Pohl
,
B.
Rellinghaus
,
R. H.
Dong
,
S. H.
Liu
,
X. D.
Zhuang
, and
X. L.
Feng
,
Angew. Chem., Int. Ed.
55
,
6702
(
2016
).
4.
X. H.
Gao
,
H. X.
Zhang
,
Q. G.
Li
,
X. G.
Yu
,
Z. L.
Hong
,
X. W.
Zhang
,
C. D.
Liang
, and
Z.
Lin
,
Angew. Chem., Int. Ed.
55
,
6290
(
2016
).
5.
Y.
Hou
,
M.
Qiu
,
G.
Nam
,
M. G.
Kim
,
T.
Zhang
,
K. J.
Liu
,
X. D.
Zhuang
,
J.
Cho
,
C.
Yuan
, and
X. L.
Feng
,
Nano Lett.
17
,
4202
(
2017
).
6.
S.
Anantharaj
,
S. R.
Ede
,
K.
Sakthikumar
,
K.
Karthick
,
S.
Mishra
, and
S.
Kundu
,
ACS Catal.
6
,
8069
(
2016
).
7.
Y.
Yang
,
H. L.
Fei
,
G. D.
Ruan
, and
J. M.
Tour
,
Adv. Mater.
27
,
3175
(
2015
).
8.
K.
Xu
,
H.
Ding
,
H. F.
Lv
,
S.
Tao
,
P. Z.
Chen
,
X. J.
Wu
,
W. S.
Chu
,
C. Z.
Wu
, and
Y.
Xie
,
ACS Catal.
7
,
310
(
2017
).
9.
Y. Y.
Wu
,
G. D.
Li
,
Y. P.
Liu
,
L.
Yang
,
X. R.
Lian
,
T.
Asefa
, and
X. X.
Zou
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
4839
(
2016
).
10.
X.
Tong
,
Y.
Li
,
N.
Pang
,
Y. H.
Qu
,
C. H.
Yan
,
D. Y.
Xiong
,
S. H.
Xu
,
L. W.
Wang
, and
P. K.
Chu
,
Chem. Eng. J.
425
,
130455
(
2021
).
11.
Y. J.
Li
,
Y. J.
Sun
,
Y. N.
Qin
,
W. Y.
Zhang
,
L.
Wang
,
M. C.
Luo
,
H.
Yang
, and
S. J.
Guo
,
Adv. Energy Mater.
10
,
1903120
(
2020
).
12.
T.
Zhu
,
L. L.
Zhu
,
J.
Wang
, and
G. W.
Ho
,
J. Mater. Chem. A
4
,
13916
(
2016
).
13.
G. J.
Yuan
,
J. L.
Bai
,
L.
Zhang
,
X.
Chen
, and
L. L.
Ren
,
Appl. Catal. B
284
,
119693
(
2021
).
14.
Y.
Zhang
,
H. R.
Guo
,
X. P.
Li
,
J.
Du
,
W. L.
Ren
, and
R.
Song
,
Chem. Eng. J.
404
,
126483
(
2021
).
15.
Y.
Xiong
,
L. L.
Xu
,
C. D.
Jin
, and
Q. F.
Sun
,
Appl. Catal. B
254
,
329
(
2019
).
16.
Z. H.
Li
,
K. H.
Wang
,
X.
Tan
,
X.
Liu
,
G. X.
Wang
,
G. W.
Xie
, and
L. H.
Jiang
,
Chem. Eng. J.
424
,
130390
(
2021
).
17.
F.
Du
,
L.
Shi
,
Y. T.
Zhang
,
T.
Li
,
J. L.
Wang
,
G. H.
Wen
,
A.
Alsaedi
,
T.
Hayat
,
Y.
Zhou
, and
Z. G.
Zou
,
Appl. Catal. B
253
,
246
(
2019
).
18.
J. H.
Lin
,
P. C.
Wang
,
H. H.
Wang
,
C.
Li
,
X. Q.
Si
,
J. L.
Qi
,
J.
Cao
,
Z. X.
Zhong
,
W. D.
Fei
, and
J. C.
Feng
,
Adv. Sci.
6
,
1900246
(
2019
).
19.
S. L.
Jiao
,
Z. Y.
Yao
,
F.
Xue
,
Y. F.
Lu
,
M. C.
Liu
,
H. Q.
Deng
,
X. F.
Ma
,
Z. X.
Liu
,
C.
Ma
,
H. W.
Huang
,
S. C.
Ruan
, and
Y. J.
Zeng
,
Appl. Catal. B
258
,
117964
(
2019
).
20.
S. K.
Yin
,
X. X.
Zhao
,
E. H.
Jiang
,
Y.
Yan
,
P.
Zhou
, and
P. W.
Huo
,
Energy Environ. Sci.
15
,
1556
(
2022
).
21.
A.
Joshi
,
G.
Singh
, and
R. K.
Sharma
,
Chem. Eng. J.
384
,
123364
(
2020
).
22.
L. W.
Jiang
,
N.
Yang
,
C. X.
Yang
,
X. Y.
Zhu
,
Y. N.
Jiang
,
X. P.
Shen
,
C. C.
Li
, and
Q. F.
Sun
,
Appl. Catal. B
269
,
118780
(
2020
).
23.
Z. L.
Wang
,
G. F.
Qian
,
T. Q.
Yu
,
J. L.
Chen
,
F.
Shen
,
L.
Luo
,
Y. J.
Zou
, and
S. B.
Yin
,
Chem. Eng. J.
434
,
134669
(
2022
).
24.
J. M.
Cao
,
J.
Zhou
,
Y. F.
Zhang
,
Y. X.
Wang
, and
X. W.
Liu
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
1752
(
2018
).
25.
T. Y.
Wang
,
G.
Nam
,
Y.
Jin
,
X. Y.
Wang
,
P. J.
Ren
,
M. G.
Kim
,
J. S.
Liang
,
X. D.
Wen
,
H.
Jang
,
J. T.
Han
,
Y. H.
Huang
,
Q.
Li
, and
J.
Cho
,
Adv. Mater.
30
,
1800757
(
2018
).
26.
D. B.
Jia
,
L. L.
Han
,
Y.
Li
,
W. J.
He
,
C. C.
Liu
,
J.
Zhang
,
C.
Chen
,
H.
Liu
, and
H. L. L.
Xin
,
J. Mater. Chem. A
8
,
18207
(
2020
).
27.
W. J.
He
,
L. L.
Han
,
Q. Y.
Hao
,
X. R.
Zheng
,
Y.
Li
,
J.
Zhang
,
C. C.
Liu
,
H.
Liu
, and
H. L. L.
Xin
,
ACS Energy Lett.
4
,
2905
(
2019
).
28.
L. Y.
Zeng
,
K. A.
Sun
,
X. B.
Wang
,
Y. Q.
Liu
,
Y.
Pan
,
Z.
Liu
,
D. W.
Cao
,
Y.
Song
,
S. H.
Liu
, and
C. G.
Liu
,
Nano Energy
51
,
26
(
2018
).
29.
P. L.
Zhai
,
Y. X.
Zhang
,
Y. Z.
Wu
,
J. F.
Gao
,
B.
Zhang
,
S. Y.
Cao
,
Y. T.
Zhang
,
Z. W.
Li
,
L. C.
Sun
, and
J. G.
Hou
,
Nat. Commun.
11
,
5462
(
2020
).
30.
W. X.
Zhu
,
X. Y.
Yue
,
W. T.
Zhang
,
S. X.
Yu
,
Y. H.
Zhang
,
J.
Wang
, and
J. L.
Wang
,
Chem. Commun.
52
,
1486
(
2016
).
31.
D.
Yang
,
L. Y.
Cao
,
L. L.
Feng
,
J. F.
Huang
,
K.
Kajiyoshi
,
Y. Q.
Feng
,
Q. Q.
Liu
,
W. B.
Li
,
L.
Feng
, and
G. J.
Hai
,
Appl. Catal. B
257
,
117911
(
2019
).
32.
Y.
Zhang
,
J. L.
Fu
,
H.
Zhao
,
R. J.
Jiang
,
F.
Tian
, and
R. J.
Zhang
,
Appl. Catal. B
257
,
117899
(
2019
).
33.
Q. Z.
Xiong
,
Y.
Wang
,
P. F.
Liu
,
L. R.
Zheng
,
G. Z.
Wang
,
H. G.
Yang
,
P. K.
Wong
,
H. M.
Zhang
, and
H. J.
Zhao
,
Adv. Mater.
30
,
1801450
(
2018
).
35.
Y. P.
He
,
P. P.
Zhang
,
H.
Huang
,
X. B.
Li
,
X. H.
Zhai
,
B. M.
Chen
, and
Z. C.
Guo
,
ACS Appl. Energy Mater.
3
,
3863
(
2020
).
36.
C.
Zhang
,
Y. M.
Shi
,
Y. F.
Yu
,
Y. H.
Du
, and
B.
Zhang
,
ACS Catal.
8
,
8077
(
2018
).
37.
X. W.
Zhong
,
J.
Tang
,
J. W.
Wang
,
M. M.
Shao
,
J. W.
Chai
,
S. P.
Wang
,
M.
Yang
,
Y.
Yang
,
N.
Wang
,
S. J.
Wang
,
B. M.
Xu
, and
H.
Pan
,
Electrochim. Acta
269
,
55
(
2018
).
38.
L. S.
Peng
,
J. J.
Shen
,
X. Q.
Zheng
,
R.
Xiang
,
M. M.
Deng
,
Z. X.
Mao
,
Z. P.
Feng
,
L.
Zhang
,
L.
Li
, and
Z. D.
Wei
,
J. Catal.
369
,
345
(
2019
).
39.
P.
Hu
,
Z. Y.
Jia
,
H. B.
Che
,
W. Y.
Zhou
,
N.
Liu
,
F.
Li
, and
J. S.
Wang
,
J. Power Sources
416
,
95
(
2019
).
40.
Y. Y.
Wu
,
Y.
Li
,
M. K.
Yuan
,
H. R.
Hao
,
X. J.
San
,
Z.
Lv
,
L. L.
Xu
, and
B.
Wei
,
Chem. Eng. J.
427
,
131944
(
2022
).
41.
Y. Y.
Wu
,
Y. P.
Liu
,
G. D.
Li
,
X.
Zou
,
X. R.
Lian
,
D. J.
Wang
,
L.
Sun
,
T.
Asefa
, and
X. X.
Zou
,
Nano Energy
35
,
161
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.