Core–Shell ZIF-8@ZIF-67-Derived CoP Nanoparticle-Embedded N-Doped Carbon Nanotube Hollow Polyhedron for Efficient Overall Water Splitting

化学 分解水 纳米颗粒 密度泛函理论 双功能 材料科学 化学工程 阳极 碳纳米管 电子转移 催化作用 阴极 纳米技术 物理化学 计算化学 电极 光催化 有机化学 工程类
作者
Yuan Pan,Kaian Sun,Shoujie Liu,Xing Cao,Konglin Wu,Weng‐Chon Cheong,Zheng Chen,Yu Wang,Yang Li,Yunqi Liu,Dingsheng Wang,Qing Peng,Chen Chen,Yadong Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (7): 2610-2618 被引量:1860
标识
DOI:10.1021/jacs.7b12420
摘要

The construction of highly active and stable non-noble-metal electrocatalysts for hydrogen and oxygen evolution reactions is a major challenge for overall water splitting. Herein, we report a novel hybrid nanostructure with CoP nanoparticles (NPs) embedded in a N-doped carbon nanotube hollow polyhedron (NCNHP) through a pyrolysis-oxidation-phosphidation strategy derived from core-shell ZIF-8@ZIF-67. Benefiting from the synergistic effects between highly active CoP NPs and NCNHP, the CoP/NCNHP hybrid exhibited outstanding bifunctional electrocatalytic performances. When the CoP/NCNHP was employed as both the anode and cathode for overall water splitting, a potential as low as 1.64 V was needed to achieve the current density of 10 mA·cm-2, and it still exhibited superior activity after continuously working for 36 h with nearly negligible decay in potential. Density functional theory calculations indicated that the electron transfer from NCNHP to CoP could increase the electronic states of the Co d-orbital around the Fermi level, which could increase the binding strength with H and therefore improve the electrocatalytic performance. The strong stability is attributed to high oxidation resistance of the CoP surface protected by the NCNHP.
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