Hierarchical Structure of CoMn Nanoparticles Encapsulated in N-Doped Carbon Nanotube Frameworks Grown on Nickel Foam for Water Splitting

分解水 碳纳米管 过电位 材料科学 电催化剂 纳米技术 纳米颗粒 海水 化学工程 催化作用 电化学 化学 电极 光催化 有机化学 工程类 海洋学 物理化学 地质学
作者
Qihang Yang,Youxing Yu,Xiaofang Bi
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (38): 14197-14206 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c03959
摘要

Water splitting is an effective approach to produce hydrogen. The direct electrocatalysis of seawater can avoid the use of limited freshwater resources and facilitate large-scale hydrogen production, but stable and efficient electrocatalysts are essential and still challenging. MOF derivatives supported on conductive substrates exhibit promising performances for water splitting. Therefore, we present a two-step approach to construct hierarchical N-doped carbon nanotubes encapsulating Mn3Co7 nanoparticles frameworks by pyrolyzing CoMn-MOF grown on nickel foam. In 1.0 M KOH, the catalyst demonstrates remarkable electrocatalytic performance with low overpotentials of 115 and 210 mV for HER and OER, respectively, and achieves a cell voltage of 1.60 V at 10 mA·cm–2 for overall water splitting. For seawater splitting, it shows promising HER activity with overpotentials of 130 and 306 mV at 10 and 200 mA·cm–2 in alkaline seawater. More importantly, in natural seawater, the catalyst exhibits excellent stability and attractive HER overpotential of 331 mV at 10 mA·cm–2, due to regulatory strategies on metal nanoparticles such as CoMn bialloying, space dispersion and charge transport by carbon nanotubes, carbon layers’ encapsulation, and protection. Our work offers a potential approach to synthesizing self-supporting multimetallic nanocarbon materials for seawater splitting and electrochemical energy devices.
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