Tungsten‐Doped CoP Nanoneedle Arrays Grown on Carbon Cloth as Efficient Bifunctional Electrocatalysts for Overall Water Splitting

分解水 材料科学 纳米针 析氧 磷化物 阳极 化学工程 双功能 电解质 催化作用 纳米技术 电化学 化学 电极 金属 冶金 纳米结构 光催化 工程类 生物化学 物理化学
作者
Zhiguo Ren,Xiaochuan Ren,Liao Zhang,Cehuang Fu,Xiaofang Li,Yingxi Zhang,Biao Gao,Lijun Yang,Paul K. Chu,Kaifu Huo
出处
期刊:ChemElectroChem [Wiley]
卷期号:6 (20): 5229-5236 被引量:38
标识
DOI:10.1002/celc.201901417
摘要

Abstract The development of efficient and inexpensive bifunctional electrocatalysts with high activity and durability for both the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) are highly desirable but challenging. Herein, we report the design and preparation of tungsten‐doped cobalt phosphide nanoneedle arrays on conductive carbon cloth (W−CoP/CC) as highly efficient and stable HER and OER electrocatalysts for overall water splitting. The nanoneedle array provides enriched active sites and facilitates ion diffusion and the 3D conductive CC skeleton enables fast charge transport. Moreover, tungsten doping improves the water adsorption ability, optimizes the hydrogen adsorption energy, and increases the electrochemical active surface area thereby resulting in much improved HER and OER catalytic activity. The W−CoP/CC composite shows low overpotentials of 32 mV at a current density of 10 mA cm −2 in 0.5 M H 2 SO 4 electrolyte for HER and 77 and 252 mV in 1 M KOH solution for HER and OER, respectively, outperforming most previously reported metal phosphide electrocatalysts. The electrolyzer for overall water splitting with W−CoP/CC as both the anode and cathode achieves a stable current density of 10 mA cm −2 at a low cell voltage of 1.59 V with no obvious voltage change even after operation for 20 h. The results provide a new strategy to design and prepare high‐performance non‐noble metal phosphides for overall water splitting.
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