Time-dependent oxidation of graphite and cobalt oxide nanoparticles as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction

过电位 催化作用 化学 塔菲尔方程 电催化剂 析氧 氧化钴 氧化石墨 分解水 电化学 氧化物 纳米颗粒 化学工程 无机化学 电极 有机化学 物理化学 光催化 工程类
作者
Theophile Niyitanga,Haekyoung Kim
出处
期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:914: 116297-116297 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jelechem.2022.116297
摘要

Water splitting is a promising way of producing hydrogen, but a highly efficient and durable electrocatalyst to accelerate the oxygen evolution reaction (OER) is required. In this study, we report cobalt oxide (Co3O4) and oxidized graphite (GOX) synthesized by a simple hydrothermal method to prepare a catalyst (Co3O4/GOX) for the OER. Time-dependent oxidation of graphite (G) and Co3O4 nanoparticles was observed by physical and electrochemical studies. The optimal catalyst (Co3O4/GOX-10) demonstrated the best catalytic OER performance with the lowest overpotential of 250 mV to reach 10 mA cm−2 and a small Tafel slope of 67 mV dec-1, which is substantially smaller than that of pristine Co3O4 and Co3O4/G. An efficient synergistic effect between Co3O4 and GOX in the composite catalyst was observed compared to the individual catalysts. The optimal catalyst exhibited high specific activity (1.543 mA cm−2) and turnover frequency (0.474 s−1) compared to the other catalysts in this study. The high catalytic performance of the catalyst is attributed to the presence of oxygen functional groups, which induced a high electrochemical surface area, additional active site exposure, fast electron transfer, and enhanced dispersion of the catalyst. Thus, the synthesized Co3O4/GOX-10 catalyst can replace noble metals as an efficient OER electrocatalyst.

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