Atomically Dispersed Co–P Moieties via Direct Thermal Exfoliation for Alkaline Hydrogen Electrosynthesis

化学 电合成 剥脱关节 无机化学 化学工程 有机化学 电化学 物理化学 电极 石墨烯 工程类
作者
Zheng Zhou,Yixin Su,Hao Tan,Yang Wang,Qianwei Huang,Haozhu Wang,Jingyang Wang,Momoji Kubo,Zitao Ni,Yuan Kong,Shenlong Zhao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (5): 3994-4004 被引量:58
标识
DOI:10.1021/jacs.4c11788
摘要

The development of highly active and stable cathodes in alkaline solutions is crucial for promoting the commercialization of anion exchange membrane (AEM) electrolyzers, yet it remains a significant challenge. Herein, we synthesized atomically dispersed CoP4 moieties (CoP4-SSC) immobilized on ultrathin carbon nanosheets via a phosphidation exfoliation strategy at medium temperature. The thermodynamic formation process of the Co-P moieties was elucidated using X-ray absorption spectroscopy (XAS) and theoretical calculations. Remarkably, the resulting CoP4-SSC electrocatalyst exhibited outstanding activity for alkaline hydrogen evolution, with a low overpotential of 52 mV at 10 mA cm-2 and a turnover frequency of up to 23.83 s-1. Moreover, the AEM electrolyzer fabricated with CoP4-SSC achieved a current density of 1 A cm-2 under an applied voltage of only 1.94 V, showing negligible degradation after 500 h of continuous electrocatalysis. A series of operando characterizations and density functional theory calculations revealed that the atomically dispersed Co-P moieties formed a nanointerface of [P-*H···H2O*-Co], which facilitates water dissociation during the Volmer-Heyrovsky pathway.
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