Construction of ZIF-67-Derived Cobalt Sulfide@Carbon Aerogel toward Interface-Enhanced Electrochemical Activities for the Oxygen Evolution Reaction

过电位 塔菲尔方程 气凝胶 催化作用 电化学 硫化钴 化学工程 硫化物 材料科学 析氧 化学 无机化学 纳米技术 电极 物理化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Xiangqun Zeng,Hang Cong,Nan Jiang,Qiang Wang,Jiao‐Jing Shao,Jie Zhao,Dongjing Liu
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (27): 17779-17788
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c01477
摘要

Developing low-cost and high-efficiency OER electrocatalysts holds the key to hydrogen production from electrochemical water splitting. In this study, cobalt sulfide hollow nanospheres derived from ZIF-67 were immobilized on a potato starch-derived carbon aerogel (Co-S@CA) using a solvothermal method followed by annealing. The synergistic effects of Co-S and three-dimensional carbon aerogel (CA) facilitate rapid charge transfer, high electrochemical surface area, and better electronic structure, enhancing the electrochemical activity of the composite. The synthesized Co-S@CA catalyst exhibited remarkable catalytic performance with an overpotential of 291 mV at 10 mA cm-2 and a Tafel slope of 61.8 mV dec-1, outperforming the commercial RuO2 catalyst. The Co-S@CA catalyst demonstrates excellent stability with negligible increase in overpotential after 60 h of a stability test. Density functional theory (DFT) calculations further supported the experimental results, showing that the interfacial charge transfer between Co-S and carbon generates a built-in electric field and upshifts the d-band center, enhancing charge-transfer capability and lowering the theoretical overpotential for the OER. These improvements significantly boost the catalytic activity. This study highlights the potential of Co-S@CA composites as highly efficient electrocatalysts for renewable energy applications.
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