Amorphous/Crystalline Heterostructured Nickel Phosphide Nanospheres for Electrocatalytic Water and Methanol Oxidation Reactions

塔菲尔方程 材料科学 无定形固体 化学工程 电催化剂 催化作用 磷化物 甲醇 过电位 无机化学 电化学 化学 冶金 结晶学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Chao Wang,Le Chai,Xian Cui,Zixiang Zhou,Shuling Liu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (39): 21443-21452 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c05899
摘要

Designing electrocatalysts for the water oxidation reaction (WOR) and the methanol oxidation reaction (MOR) using earth-abundant elements is crucial for the development of water electrolyzers and direct methanol fuel cells. We report the synthesis of nickel phosphide nanospheres with different crystallinities (Ni 2 P-H, Ni 2 P-L, and Ni-P-a) by reacting Ni-based metal–organic frameworks and P 4 solvothermally. All the nickel phosphide nanospheres synthesized are active toward WOR and MOR, and Ni 2 P-L, with amorphous/crystalline heterostructures, shows the best electrocatalytic performance. For WOR, the overpotential at 10 mA cm –2 for Ni 2 P-L on Ni foam is 300 mV in 1 M KOH (loading 0.8 mg Ni+P cm –2 ), and the Tafel slope is ∼86.4 mV dec –1 . For MOR, Ni 2 P-L on carbon paper has the highest current density of 427.0 mA mg –1 at 1.74 V RHE in 1 M KOH + 0.5 M CH 3 OH. Structural characterizations and electrochemical kinetic studies suggest that the high electrocatalytic activity of Ni 2 P-L originates from the abundant electrochemically active sites exposed owing to the amorphous phase and the electron interaction between Ni and P, which tunes the WOR intermediate (OH*) adsorption energy. Conversion of phosphides to (oxy)hydroxides at the surface is also observed after long-term WOR.
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