Enhanced Water Splitting Electrocatalysis with Heterointerfacial Cobalt Phosphide In Situ Supported on a Cellulose-Derived Carbon Aerogel

气凝胶 电催化剂 磷化物 原位 碳纤维 纤维素 化学工程 化学 材料科学 无机化学 催化作用 纳米技术 有机化学 电化学 电极 复合材料 物理化学 复合数 工程类
作者
Taoyi Shen,Xiang Chen,Zhongce Hu,Zhenhua Yan,Lanlan Yang,Hongming Sun,Rui Zhang,Hou‐Yong Yu
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c03958
摘要

The active site density, intrinsic activity, and supporting substrate of cobalt phosphide catalysts are vital to their performance in alkaline water electrolysis. In this work, a CoP/Co2P loaded on cellulose nanofiber-derived carbon aerogels (CP/CCAs) bifunctional electrocatalyst with a three-dimensional network and heterostructure is illustrated through sequential facile hydrothermal, freeze-drying, and phosphorylation processes. The three-dimensional network of carbon aerogels derived from cellulose nanofibers reveals a specific surface area of 183.41 m2/g, greatly enriching the active sites and facilitating the electron and mass transportation. Besides, interactions between CoP/Co2P with a heterogeneous structure and carbon aerogels modulate the electronic structure to enhance the intrinsic activity of the catalysts. Benefiting from these advantages, CP/CCAs-2 demonstrates a superior oxygen evolution reaction activity (η10 mA cm–2 = 277 mV) over the benchmark RuO2 and a moderate hydrogen evolution reaction performance (η10 mA cm–2 = 63 mV). Density functional theory calculations further reveal that the coupling of CoP/Co2P and cellulose-derived carbon aerogels promotes the water adsorption and activates the H–O bond. As a result, the alkaline electrolyzer assembled with CP/CCAs-2 both as a cathode and an anode shows a low cell voltage of 1.59 V at a current density of 10 mA cm–2 and good stability. This work provides a strategy for phosphide electrocatalysts composited with green carbon carriers for overall water splitting.
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