Tuning the Electrochemical Properties of Polymeric Cobalt Phthalocyanines for Efficient Water Splitting

材料科学 电催化剂 双功能 纳米片 电化学 化学工程 催化作用 分解水 电极 析氧 纳米技术 有机化学 化学 物理化学 光催化 工程类 冶金
作者
Y. Kim,Dae-Kyu Kim,Jeongyeon Lee,Lawrence Yoon Suk Lee,Dennis K. P. Ng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (41) 被引量:57
标识
DOI:10.1002/adfm.202103290
摘要

Abstract Polymeric metal phthalocyanines have great potential as electrocatalysts, yet their incorporation on a current collector without losing the activity of metal centers remains a challenge. Herein, a new strategy for preparing a series of polymeric cobalt phthalocyanines containing S linkers ( p CoPc‐1) or SO 2 linkers ( p CoPc‐2) and their tunable electrochemical properties are reported. The p CoPcs coated on various substrates show favorable electrocatalytic activities toward oxygen and hydrogen evolution reactions (OER and HER). Particularly, the p CoPc‐1 layer on Co 3 O 4 nanosheet arrays exerts a cooperative effect enhancing both the OER and HER performances, and the subsequent phosphorization (P@ p CoPc‐1/Co 3 O 4 |CC) significantly boosts the HER performance with enhanced hydrophilicity and conductivity. The high permeability and stability reinforcement of the p CoPc‐1 layer allow the phosphorization of underlying Co 3 O 4 to CoP without degradation, which remarkably enhances OER and HER performances as manifested by low overpotentials of 320 and 120 mV at 10 mA cm −2 , respectively. When engaged as a bifunctional electrocatalyst for the overall water splitting, the P@ p CoPc‐1/Co 3 O 4 |CC requires a low cell voltage of 1.672 V at 10 mA cm −2 , showing long‐term durability and mechanical robustness. This study demonstrates the collaborative catalytic role of polymeric macrocyclic compounds that offers versatile tunability and stability for various electrocatalytic reactions.

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