Halogen‐Doped Carbon Dots on Amorphous Cobalt Phosphide as Robust Electrocatalysts for Overall Water Splitting

材料科学 磷化物 催化作用 析氧 分解水 无定形固体 无定形碳 纳米技术 无机化学 化学工程 金属 物理化学 电极 化学 电化学 结晶学 冶金 有机化学 工程类 光催化 生物化学
作者
Haoqiang Song,Jingkun Yu,Zhiyong Tang,Bai Yang,Siyu Lu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (14) 被引量:267
标识
DOI:10.1002/aenm.202102573
摘要

Abstract Designing a stable and efficient dual‐functional catalyst for the hydrogen evolution and oxygen evolution reactions (HER/OER) is of great significance to the development of hydrogen production by water splitting. This work reports on novel halogen (X = F, Cl, and Br)‐doped carbon dots modifying amorphous cobalt phosphide (X‐CDs/CoP), which can be tuned by the choice of X‐CDs to have urchin, Pinus bungeana , and Albizia julibrissin type structures. The different characteristics of the various X‐CDs led to different formation mechanisms and final structures. As a bifunctional catalyst, urchin‐shaped F‐CDs/CoP crystals achieve superior electrocatalytic performance, exhibiting excellent HER/OER activity and sustained stability in an alkaline solution. For overall water splitting, they provide current density of 10 mA cm −2 and require a low cell voltage of 1.48 V in 1 M KOH. In addition, the catalytic performance shows negligible degradation after 100 h, thus demonstrating excellent long‐term cycling stability. Density functional theory calculations show that the improved electrocatalytic performance of F‐CDs/CoP catalysts is due to the coupling interface between CoP and F‐CDs, which optimizes the hydrogen/oxygen adsorption energy and accelerates the water splitting kinetics. This work provides guidance for the rational design of transition metal phosphide electrocatalysts with outstanding performance.
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