One-pot synthesis of Mn2P-Mn2O3 heterogeneous nanoparticles in a P, N -doped three-dimensional porous carbon framework as a highly efficient bifunctional electrocatalyst for overall water splitting

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作者
Xueqian Wang,Guohe Huang,Zhiyi Pan,Shuai Kang,Shaojian Ma,Pei Kang Shen,Jinliang Zhu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:428: 131190-131190 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.131190
摘要

Robust, inexpensive, efficient catalysts for overall water splitting are of significant interest as we look towards the Hydrogen Economy. Herein, we have prepared novel Mn2P-Mn2O3 heterogeneous nanoparticles hosted in a P, N-doped three-dimensional porous carbon framework. Of these, Mn2P-Mn2O3/PNCF displayed ultrahigh stability as a bifunctional electrocatalyst for efficient hydrogen evolution reactions (HERs) and oxygen evolution reactions (OERs) in alkaline electrolytes. These properties are a result of the abundant heterogeneous interfaces, optimized electronic configurations and hierarchical pore structure of the Mn2P-Mn2O3/PNCF catalyst. This material has a closed zero calculated Gibbs free energy for adsorbed H of −0.013 eV, and can achieve current densities of 10 mA cm−2 and 100 mA cm−2 for HERs and OERs, respectively, whilst requiring only low overpotentials of 98 mV and 330 mV, respectively. In addition, an alkaline electrolyzer with Mn2P-Mn2O3/PNCF as both the anode and cathode demonstrates a nearly comparable activity and higher stability than the present state‐of‐the‐art, Pt/C || RuO2/C, for full water splitting. Mn2P-Mn2O3/PNCF shows great potential for the economical, large-scale production of H2.
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