In Situ-Grown Cobalt–Iron Phosphide-Based Integrated Electrode for Long-Term Water Splitting under a Large Current Density at the Industrial Electrolysis Temperature

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作者
Xinying Liu,Yunduo Yao,Han Zhang,Lun Pan,Chengxiang Shi,Xiangwen Zhang,Zhen‐Feng Huang,Ji‐Jun Zou
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (48): 17828-17838 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c06987
摘要

Developing effective, stable, and economical electrocatalysts to achieve highly efficient overall water splitting under a large current density in industries is critical for renewable H2 production. Here, benefiting from one-step preoxidation that makes Co foam to act not only as a conductive collector but also as the sole cobalt source, a seamless integrated electrode (Fe2P-Co2P/CF) is successfully synthesized in which Co2P, Fe2P, and Co foam are tightly connected by chemical bonds to construct a versatile, highly active, and a durable catalyst for water splitting in an alkaline medium. Such an electrode only requires 145, 208, and 254 mV for hydrogen evolution reaction (HER), while it requires 243, 291, and 317 mV for oxygen evolution reaction (OER) to deliver current densities of 100, 500, and 1000 mA cm–2, respectively. Notably, using Fe2P-Co2P/CF as both an anode and a cathode at room (25 °C) and quasi-industrial (65 °C) temperatures, the operating voltages are as low as 1.87 and 1.71 V to reach 500 mA cm–2, respectively, together with excellent long-term durability over 300 h. The prominent performance is due to the robust in situ growth together with the formation of a strongly coupled heterojunction between Fe2P and Co2P, making it one of the most potential candidates to meet the large-scale application of industrial water electrolysis.
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