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Tuning the Activity of Carbon for Electrocatalytic Hydrogen Evolution via an Iridium‐Cobalt Alloy Core Encapsulated in Nitrogen‐Doped Carbon Cages

电催化剂 材料科学 合金 碳纤维 氮气 芯(光纤) 化学工程 催化作用 电化学 无机化学 兴奋剂 冶金 物理化学 复合数 有机化学 化学 电极 复合材料 工程类 光电子学
作者
Peng Jiang,Jitang Chen,Changlai Wang,Yang Kang,Shipeng Gong,Shuai Liu,Zhiyu Lin,Mengsi Li,Guoliang Xia,Yang Yang,Jianwei Su,Qianwang Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (9) 被引量:262
标识
DOI:10.1002/adma.201705324
摘要

Abstract Graphene, a 2D material consisting of a single layer of sp 2 ‐hybridized carbon, exhibits inert activity as an electrocatalyst, while the incorporation of heteroatoms (such as N) into the framework can tune its electronic properties. Because of the different electronegativity between N and C atoms, electrons will transfer from C to N in N‐doped graphene nanosheets, changing inert C atoms adjacent to the N‐dopants into active sites. Notwithstanding the achieved progress, its intrinsic activity in acidic media is still far from Pt/C. Here, a facile annealing strategy is adopted for Ir‐doped metal‐organic frameworks to synthesize IrCo nanoalloys encapsulated in N‐doped graphene layers. The highly active electrocatalyst, with remarkably reduced Ir loading (1.56 wt%), achieves an ultralow Tafel slope of 23 mV dec −1 and an overpotential of only 24 mV at a current density of 10 mA cm −2 in 0.5 m sulfuric acid solution. Such superior performance is even superior to the noble‐metal catalyst Pt. Surface structural and computational studies reveal that the superior behavior originates from the decreased Δ G H* for HER induced by the electrons transferred from the alloy core to the graphene layers, which is beneficial for enhancing CH binding.
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