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Deep eutectic solvent induced ultrathin Co4N/N-doped carbon nanosheets self-supporting electrode for boosting hydrogen evolution integrated with biomass electrooxidation

材料科学 催化作用 电解质 化学工程 制氢 金属 无机化学 电极 化学 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Deliang Zhang,Miaomiao Xing,Xiaoming Mou,Caixia Song,Debao Wang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:608: 155283-155283 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.155283
摘要

Metal nitrides are considered promising catalysts for the hydrogen evolution reaction integrated with electrooxidation reaction of biomass due to their metal-like properties. However, the synthesis of metal nitrides involves multi-step reactions and requires continuous reactions under a large amount of NH3 atmosphere. Herein, we exploit deep eutectic solvent (DES) to induce in-situ synthesize N-doped carbon (NC) composite Co4N ultrathin nanosheets self-supporting electrode on carbon cloth (Co4N/NC@CC) without additional input NH3 atmosphere. XAFS spectra showed that the strong interaction between Co4N and NC accelerated the electron transport at the interface, and the ultrathin nanostructure of Co4N/NC is beneficial to increasing the catalytic active sites, thereby effectively improving the catalytic performance of Co4N/NC@CC. During the HER process, Co4N/NC@CC only needs 62, 98, and 60 mV overpotentials to reach a current density of 10 mA/cm2 in alkaline, neutral, and acidic electrolytes. When Co4N/NC@CC is used to produce 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) and hydrogen fuel synchronously in alkaline electrolytes, only a low voltage of 1.38 V is required at 10 mA/cm2, and the conversion rate of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) is close to 100 % and the selectivity of FDCA is 98.6 %.
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