Transition Metal‐Cross‐Linked‐Starch Aerogel‐Derived Porous Carbon‐Based Monolithic Chainmail Electrodes for High‐Current‐Density and Durable Alkaline Water Splitting

气凝胶 多孔性 材料科学 电极 碳纤维 电流密度 电流(流体) 过渡金属 化学工程 复合材料 化学 催化作用 地质学 量子力学 复合数 海洋学 物理 工程类 物理化学 生物化学
作者
Yaoyao Fiona Zhao,Zhengguo Zhang,Sheng Wang,Shixiong Min
出处
期刊:ChemNanoMat [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cnma.202400066
摘要

A porous carbon‐based monolithic chainmail electrode, namely Co2P@CSA, is fabricated via direct carbonization of Co2+‐cross‐linked‐starch aerogel (Co2+‐SA) followed by low‐temperature vapor phosphorization. During successive carbonization‐phosphorization, the SA framework is formulated into 3D hierarchically porous carbon membrane matrix comprising hollow open carbon microspheres while the cross‐linked Co species are converted into uniformly distributed carbon‐encapsulated Co2P nanoparticles on carbon microspheres. Thanks to the high porosity, excellent electrolyte wettability, unique chainmail structure, and good mechanical strength, the monolithic Co2P@CSA can be directly used as a binder‐free bifunctional electrocatalyst for alkaline water splitting, and it can afford a high current density of 100 mA cm−2 for hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) at low overpotentials of 140.0 and 305.5 mV, respectively, with outstanding stability at 50 mA cm‐2 for >30 h. More significantly, an alkaline electrolyzer assembled using Co2P@CSA achieves a current density of 100 mA cm‐2 for overall water splitting (OWS) at a cell voltage of 1.94 V with unit Faradaic efficiency and provides a high solar‐to‐hydrogen (STH) conversion efficiency of 13.4 % when driven by a commercial silicon solar cell. This work offers an effective strategy towards cost‐effective fabrication of high‐performance carbon‐based monolithic chainmail electrocatalysts for energy conversion reactions.
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