Self-supporting electrocatalyst constructed from in-situ transformation of Co(OH)2 to metal-organic framework to Co/CoP/NC nanosheets for high-current-density water splitting

电催化剂 金属有机骨架 催化作用 过渡金属 化学工程 材料科学 磷化物 电极 纳米技术 化学 吸附 电化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Neng Chen,Sai Che,Yuan Yu,Hongchen Liu,Na Ta,Guohua Li,Feng Jiang Chen,Wei Ma,Bo Jiang,Ni Wu,Weiqi Yu,Jing Wang,Yongfeng Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:645: 513-524 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.089
摘要

Transition metal phosphide (TMP) emerges as a promising electrocatalyst for overall water splitting (OWS). However, conventional TMP materials require exogenous metal ions to participate in coordination reactions, which usually suffer from active site blocking, pronounced intrinsic impedance, and inevitable catalyst shedding at high current density. Herein, a novel in-situ construction strategy has been developed to grow N-doped carbon (NC) enwrapped Co/CoP nanosheets directly onto Co foam (abbreviated as CoF) through a three-step transformation of Co to Co(OH)2 to Co-Metal-Organic Framework (Co-MOF) to Co/CoP/NC. In the entire preparation process, Co metal is only provided by the CoF substrate without external metal sources. Such in-situ construction yields tight contact at the interface of the heterogeneous catalyst, leading to much-reduced impedance and boundary vacancy, while the porous nitrogen-doped carbon backbone further endows the catalyst with the exposure of massive active sites, promotes mass transfer, and possesses high electrical conductivity. The Co/CoP/NC/CoF requires overpotentials of only 64 mV/263 mV@10 mA cm-2 and 414 mV/481 mV@400 mA cm-2 for both HER/OER in 1.0 M KOH, respectively. Remarkably, it reveals excellent OWS catalytic activity with a cell voltage of 1.56 V@10 mA cm-2 and 1.88 V@200 mA cm-2. This strategy of in-situ interface engineering transformation provides new ideas for direct device processing and construction of highly-efficient transition-metal-based OWS electrode materials.
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