Mix and match: The photovoltaic performance of carbon nanotubes with titanium nitride nanoparticles (TiN-CNTs; see picture), which is comparable to that of conventional platinum counter electrodes, is attributed to the ideal combination of the superior electrocatalytic activity of TiN nanoparticles and the high electrical conductivity of CNTs.

Abstract To address the urgent need for clean and sustainable energy, the rapid development of hydrogen‐based technologies has started to revolutionize the use of earth‐abundant noble‐metal‐free catalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). Like the active sites of hydrogenases, the cation sites of pyrite‐type transition‐metal dichalcogenides have been suggested to be active in the HER. Herein, we synthesized electrodes based on a Se‐enriched NiSe 2 nanosheet array and explored the relationship between the anion sites and the improved hydrogen evolution activity through theoretical and experimental studies. The free energy for atomic hydrogen adsorption is much lower on the Se sites (0.13 eV) than on the Ni sites (0.87 eV). Notably, this electrode benefits from remarkable kinetic properties, with a small overpotential of 117 mV at 10 mA cm −2 , a low Tafel slope of 32 mV per decade, and excellent stability. Control experiments showed that the efficient conversion of H + into H 2 is due to the presence of an excess of selenium in the NiSe 2 nanosheet surface.

Developing efficient and low-cost replacements for precious metals as electrocatalysts active in electrochemical reactions-the oxygen evolution reaction (OER), hydrogen evolution reaction (HER), and oxygen reduction reaction (ORR)-is a top priority in renewable energy technology. In this work a highly active and very stable trifunctional electrocatalyst composed of Co2 P embedded in Co, N, and P multi-doped carbon has been synthesized using zeolitic imidazolate frameworks as precursors. The synergistic effects between Co2 P and the multi-heteroatom-doped carbon substrates afford materials having electrocatalytic activities for HER, OER, and ORR, which are comparable-or even superior to-those of commercial RuO2 or Pt/C catalysts. Density functional theory calculations show that Co2 P has a higher density of states at the Fermi level than Con P (0 < n < 2), which promotes electron transfer and intermediates adsorption in the catalytic process. Zinc-air batteries and water splitting devices assembled using the materials as electrode electrocatalysts show good performance and outstanding stability. This work represents a breakthrough in improving the catalytic performance of non-precious metal electrocatalysts for OER, HER, and ORR, and opens new avenues for clean energy generation.

Hydrothermal synthesis of enzymatic hydrolysis lignin-derived 3D hierarchical porous carbon for high performance supercapacitors.

Abstract Potassium‐ion hybrid capacitors (PIHCs) shrewdly combine a battery‐type anode and a capacitor‐type cathode, exhibiting an energy density close to that of potassium ion batteries and a comparable power density of supercapacitors. However, the rosy scenario is compromised by the sluggish kinetics in the PIHCs device. Herein, the kinetics enhanced nitrogen‐doped hierarchical porous hollow carbon spheres (NHCS) are synthesized and successfully applied to PIHCs. As for the K half‐cell, NHCS anchored with sodium alginate delivers excellent electrochemical performance. Further evaluation shows that the binder can significantly affect the potassium storage performance of NHCS by adjusting the coatability and ionic conductivity of the NHCS anode. Moreover, kinetic analysis and density functional theory calculations reveal the origin of the superior electrochemical properties of NHCS. As expected, an advanced PIHC device is assembled with a NHCS anode and an activated NHCS cathode, demonstrating an exceptionally high energy/power density (114.2 Wh kg −1 and 8203 W kg −1 ), along with a long‐life capability. The successful construction of high‐performance PIHCs in this work opens a new avenue for the development and application of PIHCs in the future.

Currently, Pt single atoms as promising electrocatalysts have been applied to electrocatalysis aiming to significantly improve performance and remarkably lower usage of the noble metal. Herein, we propose a photochemical solid-phase reduction method to fabricate well-defined isolated Pt atoms on a nitrogen-doped porous carbon (Pt1/NPC). Using this simple and fast synthesis strategy, the formed Pt atoms are well-dispersed on the carbon without clusters or nanoparticles. The loading of the Pt is up to 3.8 wt % relative to the carbon. The Pt1/NPC catalyst displays an ultrahigh electrocatalytic activity for hydrogen evolution reaction with an overpotential of 25 mV at the current density of 10 mA cm–2 and mass activity of 2.86 A mg–1 Pt (24-times higher than a commercial Pt/C). Moreover, the catalyst also presents efficient catalytic activity for the oxygen reduction reaction. Its mass activity is 4.3-times that obtained by a commercial Pt (20 wt %). The improved electrocatalytic activities of the Pt1/NPC catalyst are ascribed to the favorable chemical and electronic structure of the Pt–N4 coordination raised by strong electron transfer from the isolated Pt atoms to the coordinated N atoms in this catalyst. The Pt1/NPC can be employed as a bifunctional catalyst for fuel cells and hydrogen production.

Soybeans are extensively cultivated worldwide as human food. However, large quantities of soybean roots (SRs), which possess an abundant three-dimensional (3D) structure, remain unused and produce enormous pressure on the environment. Here, 3D hierarchical porous carbon was prepared by the facile carbonization of SRs followed by chemical activation. The as-prepared material, possessing large specific surface area (2143 m2 g–1), good electrical conductivity, and unique 3D hierarchical porosity, shows outstanding electrochemical performance as an electrode material for supercapacitors, such as a high capacitance (276 F g–1 at 0.5 A g–1), superior cycle stability (98% capacitance retention after 10,000 cycles at 5 A g–1), and good rate capability in a symmetric two-electrode supercapacitor in 6 M KOH. Furthermore, the maximum energy density of as-assembled symmetric supercapacitor can reach 100.5 Wh kg–1 in neat EMIM BF4. Moreover, a value of 40.7 Wh kg–1 is maintained at ultrahigh power density (63000 W kg–1). These results show that the as-assembled supercapacitor can simultaneously deliver superior energy and power density.

Graphene is coupled with silicon quantum dots (Si QDs) on top of bulk Si to form a hybrid photodetector. Si QDs cause an increase of the built-in potential of the graphene/Si Schottky junction while reducing the optical reflection of the photodetector. Both the electrical and optical contributions of Si QDs enable a superior performance of the photodetector. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.