High-performance methanol electrolysis towards energy-saving hydrogen production: Using Cu2O-Cu decorated Ni2P nanoarray as bifunctional monolithic catalyst

双功能 制氢 催化作用 电解 甲醇 双功能催化剂 材料科学 化学工程 纳米技术 化学 工程类 有机化学 电极 电解质 物理化学
作者
Ling Li,Longcheng Zhang,Lichen Gou,Siqi Wei,Xiandeng Hou,Li Wu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:454: 140292-140292 被引量:104
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.140292
摘要

Cu 2 O-Cu@Ni 2 P/NF electrode shows excellent MOR performance with a current density of 100 mA cm –2 at 1.41 V and a Tafel slope of 44.99 mV dec –1 in 1.0 M KOH solution containing 1.0 M methanol. Furthermore, the methanol electrolysis cell utilizing Cu 2 O-Cu@Ni 2 P/NF as both the cathode and anode delivers a current density of 10 mA cm −2 at a cell voltage of 1.40 V. In situ Raman spectroscopy unveils that Cu 2 O-Cu promotes the formation of β-NiOOH, and converts to Cu(II)O during MOR process. • Ni 2 P nanosheet with Cu 2 O-Cu dendrites on nickel foam was facilely synthesized. • Cu 2 O-Cu@Ni 2 P/NF was used as an efficient electrocatalyst for HER and MOR. • A low cell voltage of 1.40 V affords 10 mA cm −2 in methanol electrolysis. • In situ Raman spectra reveal that Cu 2 O-Cu promotes generation of β-NiOOH in MOR. Electrocatalytic methanol oxidation reaction (MOR) is a promising alternative approach to oxygen evolution reaction for efficient hydrogen production. However, developing highly efficient and cost-effective MOR catalysts, coupled with the cathodic hydrogen evolution reaction, is still a challenge. Herein, we used a Ni 2 P nanosheet array with Cu 2 O-Cu dendrites on nickel foam (Cu 2 O-Cu@Ni 2 P/NF) as an efficient and stable electrocatalyst for MOR, which attained a low potential of 1.41 V at 100 mA cm –2 and a small Tafel slope of 44.99 mV dec –1 with excellent stability for at least 24 h in 1.0 M KOH solution with 1.0 M methanol. In situ Raman spectroscopy reveals that Cu 2 O-Cu promotes the generation of the β-NiOOH active phase, and converts to Cu(II)O under the electrolysis conditions. Furthermore, the methanol electrolysis cell utilizing Cu 2 O-Cu@Ni 2 P/NF as both the cathode and anode delivered a current density of 10 mA cm −2 at a low cell voltage of 1.40 V, and the cell voltage decreased by 210 mV at a current density of 100 mA cm −2 compared to water electrolysis. This work provides a new strategy to design the promising Ni-based phosphide as a bifunctional electrocatalyst in methanol electrolysis, enabling energy-saving H 2 production.
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