S,P Co-DopedNiFe-Based MOF-Derived Composite as BifunctionalHER/OER Electrocatalysts

双功能 塔菲尔方程 电催化剂 催化作用 析氧 分解水 杂原子 电化学 材料科学 化学工程 过渡金属 纳米技术 双功能催化剂 电子转移 电极 无机化学 化学 复合数 石墨烯 比表面积 过电位 兴奋剂
作者
Guokai Yuan,Qi Li,Yuyang Xue,Qixiang Chen,Aijia Yu,Shiping Luo,Shiping Luo
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:42 (30): 22007-22020
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.6c02131
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) have attracted considerable research interest as versatile templating agents for synthesizing transition metal compounds, particularly in electrocatalytic water splitting applications due to their tunable spatial architectures and compositional flexibility. This study investigated the in situ growth of sulfur-phosphorus codoped NiFe-based MOF catalysts on nickel foam (NF) substrates (FeNi3-CPS/NF) and their bifunctional activities toward hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) in 1.0 M KOH. Electrochemical measurements demonstrate that the FeNi3-CPS/NF catalyst exhibits remarkable catalytic performance with low overpotentials of 136 mV for HER and 75 mV for OER, and low Tafel slopes of 30.97 (HER) and 8.49 mV dec-1 (OER), respectively. The charge transfer resistance (Rct) values reach 2.328 Ω during HER and 2.149 Ω during OER, highlighting efficient electron transfer. The electrochemical active surface areas (ECSA) were determined as 1200 cm2 for HER and 1425 cm2 for OER. Stability assessments reveal excellent durability under both HER and OER conditions, with current retention rates of 86.32% and 80.71% respectively after prolonged electrolysis. These findings collectively establish FeNi3-CPS/NF as a promising bifunctional electrocatalyst combining high catalytic activity with exceptional stability for overall water splitting applications. The innovative integration of heteroatom doping within the MOF architecture offers new design strategies for advanced energy conversion materials.
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