Uniform cobalt nanoparticles embedded in nitrogen-doped graphene with abundant defects as high-performance bifunctional electrocatalyst in overall water splitting

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作者
Wenhui Chu,Yuan Yu,Dunlu Sun,Yanning Qu,Fangyou Meng,Yingying Qiu,Songmin Lin,Linyin Huang,Jie Ren,Qingmei Su,Bingshe Xu
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:47 (49): 21191-21203 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.04.235
摘要

Co nanoparticles with uniform size (about 5 nm) embedded in N-doped graphene (Co-NG) were explored in this work. The introduction of a second carbon source of citric acid during synthesis prevented the Co atoms from growing up, thus regulating the size of the cobalt nanoparticles. N atoms in N-doped graphene had more lone-pair electrons, making it easier to capture electrons from hydrated ions, and facilitating the dynamics procedure of HER. Furthermore, N dopant rendered larger positive charge density on the adjacent carbon atoms, which was conducive to OER and HER. At 10 mA cm−2 of the current density, the Co-NG/CC catalyst's overvoltage of HER was 78 mV, approaching that of 20% Pt/C (59 mV), an efficient precious metal electrocatalyst for HER, while its overvoltage of OER was about 225 mV, 12.5% lower than that of RuO2 (257 mV, a common precious metal oxide OER electrocatalyst). In addition, this Co-NG/CC composite bifunctional catalyst displayed good electrochemical stability in alkali solution and might be designed as a dual-function catalyst in the application of overall water splitting. The cell voltage of Co-NG/CC//Co-NG/CC was only 1.66 V, approaching to that of full precious metal cell of Pt/C//RuO2 (1.52 V), and revealing the good commercial application prospects of this composite bifunctional catalyst.
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