Co3O4 nanocrystals on single-walled carbon nanotubes as a highly efficient oxygen-evolving catalyst

催化作用 析氧 材料科学 纳米晶 碳纳米管 化学工程 氧化还原 分解水 氧烷 电极 纳米技术 电化学 化学 光催化 物理化学 冶金 物理 工程类 量子力学 生物化学 光谱学
作者
Jian Wu,Yan Xue,Xin Yan,Wensheng Yan,Qingmei Cheng,Yi Xie
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:5 (8): 521-530 被引量:292
标识
DOI:10.1007/s12274-012-0237-y
摘要

The efficient catalytic oxidation of water to dioxygen is envisioned to play an important role in solar fuel production and artificial photosynthetic systems. Despite tremendous efforts, the development of oxygen evolution reaction (OER) catalysts with high activity and low cost under mild conditions remains a great challenge. In this work, we develop a hybrid consisting of Co3O4 nanocrystals supported on single-walled carbon nanotubes (SWNTs) via a simple self-assembly approach. A Co3O4/SWNTs hybrid electrode for the OER exhibits much enhanced catalytic activity as well as superior stability under neutral and alkaline conditions compared with bare Co3O4, which only performs well in alkaline solution. Moreover, the turnover frequency for the OER exhibited by Co3O4/SWNTs in neutral water is higher than for bare Co3O4 catalysts. Synergetic chemical coupling effects between Co3O4 nanocrystals and SWNTs, revealed by the synchrotron X-ray absorption near edge structure (XANES) technique, can be regarded as contributing to the activity, cycling stability and stable operation under neutral conditions. Use of the SWNTs as an immobilization matrix substantially increases the active electrode surface area, enhances the durability of catalysts under neutral conditions and improves the electronic coupling between Co redox-active sites of Co3O4 and the electrode surface.
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