Tuning the Mn Dopant To Boost the Hydrogen Evolution Performance of CoP Nanowire Arrays

电催化剂 化学 掺杂剂 电化学 催化作用 兴奋剂 纳米线 纳米技术 磷化物 化学工程 无机化学 电极 物理化学 材料科学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Cheng Meng,Zumin Wang,Lijuan Zhang,Xiaohao Ji,Xiaoyu Chen,Ranbo Yu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:61 (25): 9832-9839 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c01436
摘要

Because of its advantages such as abundant resources, low cost, simple synthesis, and high electrochemical stability, cobalt phosphide (CoP) is considered as a promising candidate for electrocatalytic hydrogen evolution reaction. Through element doping, the morphology and electronic structure of the catalyst can be tuned, resulting in both the increase of the active site number and the improvement of the intrinsic activity of each site. Herein, we designed and fabricated Mn-doped CoP nanowires with a length of 3 μm, a diameter of 50 nm, and the pores between the grains of 10 nm. As a highly efficient electrocatalyst for alkaline hydrogen evolution, the Mn10-doped CoP/NF (doping amount is about 10 atom %) electrode presented overpotentials of 60 mV @ 10 mA cm-2 and 112 mV @ 100 mA cm-2, improved by 35 and 23%, respectively, compared with CoP/NF. Characterizations indicate that Mn doping increases the electrochemical active area, reduces the impedance, and tunes the electronic structure of the material. Density functional theory calculations also revealed that an appropriate amount of Mn dopant at a suitable location can both react as an active site itself and boost the activity of the surrounding Co sites, delivering favorable H* adsorption and rapid reaction kinetics. This result may not only promote the development of hydrogen evolution reaction catalysts but also encourage explorations of the relationship between the property and fine doping structure.

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