Encapsulation of Fe-CoP with P, N-co-doped porous carbon matrix as a multifunctional catalyst for wide electrochemical applications

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作者
Yuelong Xu,Ran Wang,Jingyue Wang,Yaru Zhang,Tifeng Jiao
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:71: 36-44 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.03.043
摘要

Hydrogen evolution reaction (HER), oxygen evolution reaction (OER), and oxygen reduction reaction (ORR) serve as the most promising electrochemical processes for renewable energy. Developing multifunctional electrocatalysts with high performance for HER, OER and ORR still remains a challenge. Herein, we report a facile method to prepare P, N-co-doped porous carbon encapsulated Fe-CoP (A-Fe-CoP/CPN) electrocatalyst through freeze drying, carbonization, and KOH activation. The acquired A-Fe-CoP/CPN possesses abundant pores with large surface area, which provides sufficient defect-rich sites for HER, OER, and ORR, in alkaline or acidic electrolytes. The A-Fe-CoP/CPN shows low overpotential and good stability for HER and OER in alkaline electrolyte. Density functional theory (DFT) computations reveal that the addition of Fe greatly facilitates the rate-determining step and overall catalytic pathway for both HER and OER. A-Fe-CoP/CPN also exhibits low half-wave potential (E1/2) for ORR, which indicates an enhanced performance than that of the noble Pt/C catalyst. Zn-air battery equipped with the A-Fe-CoP/CPN catalyst exhibits a high energy density (849 mAh g−1) and a long-time stability at 5 mA cm−2. This finding not only offers a facile strategy to prepare porous carbon materials with defect-rich sites, but also provides guidance for developing multifunctional electrocatalysts for wide electrochemical reactions.
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