Oriented Transformation of Co‐LDH into 2D/3D ZIF‐67 to Achieve Co–N–C Hybrids for Efficient Overall Water Splitting

材料科学 电催化剂 析氧 沸石咪唑盐骨架 金属有机骨架 碳化 碳纤维 氢氧化物 氢氧化钴 过渡金属 分解水 化学工程 吸附 催化作用 物理化学 电极 电化学 复合数 复合材料 有机化学 工程类 化学 冶金 光催化 扫描电子显微镜
作者
Ziliang Chen,Yuan Ha,Huaxian Jia,Xiaoxiao Yan,Mao Chen,Miao Liu,Renbing Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (19) 被引量:318
标识
DOI:10.1002/aenm.201803918
摘要

Abstract Construction of well‐defined metal–organic framework precursor is vital to derive highly efficient transition metal–carbon‐based electrocatalyst for hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) in water splitting. Herein, a novel strategy involving an in situ transformation of ultrathin cobalt layered double hydroxide into 2D cobalt zeolitic imidazolate framework (ZIF‐67) nanosheets grafted with 3D ZIF‐67 polyhedra supported on the surface of carbon cloth (2D/3D ZIF‐67@CC) precursor is proposed. After a low‐temperature pyrolysis, this precursor can be further converted into hybrid composites composed of ultrafine cobalt nanoparticles embedded within 2D N‐doped carbon nanosheets and 3D N‐doped hollow carbon polyhedra (Co@N‐CS/N‐HCP@CC). Experimental and density functional theory calculations results indicate that such composites have the advantages of a large number of accessible active sites, accelerated charge/mass transfer ability, the synergistic effect of components as well as an optimal water adsorption energy change. As a result, the obtained Co@N‐CS/N‐HCP@CC catalyst requires overpotentials of only 66 and 248 mV to reach a current density of 10 mA cm −2 for HER and OER in 1.0 m KOH, respectively. Remarkably, it enables an alkali‐electrolyzer with a current density of 10 mA cm −2 at a low cell voltage of 1.545 V, superior to that of the IrO 2 @CC||Pt/C@CC couple (1.592 V).
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