CoP2/Co2P Encapsulated in Carbon Nanotube Arrays to Construct Self-Supported Electrodes for Overall Electrochemical Water Splitting

材料科学 分解水 催化作用 碳纳米管 析氧 电化学 化学工程 电催化剂 电极 双功能 阳极 纳米技术 磷化物 金属 冶金 化学 有机化学 工程类 物理化学 光催化
作者
Ruiqi Guo,Jialun Shi,Lan Hong,Kaiwen Ma,Wenxiang Zhu,Haiwei Yang,Jiajie Wang,Huihua Wang,Minqi Sheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (51): 56847-56855 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsami.2c17742
摘要

Electrocatalytic water splitting is a desirable and sustainable strategy for hydrogen production yet still faces challenges due to the sluggish kinetics and rapid deactivation of catalysts in the oxygen evolution process. Herein, we utilized the metal-catalyzed growth technology and phosphating process to fabricate self-supported electrodes (Co x P y @CNT-CC) composed of carbon nanotube (CNT) arrays grown on carbon cloth (CC); thereinto, cobalt-based phosphide nanoparticles (Co x P y ) are uniformly encapsulated in the cavity of the CNTs. After further optimization, when the nanoparticles are in the composite phase (CoP 2 /Co 2 P), CoP 2 /Co 2 P@CNT-CC served as catalytic electrodes with the highest activity and stability for electrocatalytic water splitting in an alkaline medium (1.0 M KOH). The as-prepared CoP 2 /Co 2 P@CNT-CC integrates the advantages of the abundant active sites and confinement effect of CNTs, imparting promising electrocatalytic activities and stability in catalyzing both hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction. Remarkably, electrocatalytic water splitting cells assembled using CoP 2 /Co 2 P@CNT-CC electrodes as the cathode and anode, respectively, require a cell voltage of 1.55 V at 10 mA cm –2, which is lower than that of the commercially noble Pt/C/CC and RuO 2 /CC catalyst couple (1.68 V). Besides, a CoP 2 /Co 2 P@CNT-CC||CoP 2 /Co 2 P@CNT-CC system shows outstanding durability for a period of 100 h at 10 mA cm –2 . This work may provide new ideas for designing bifunctional electrocatalysts for applications in electrocatalytic water splitting.
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