Ultrafine Co Nanoparticles Encapsulated in Carbon‐Nanotubes‐Grafted Graphene Sheets as Advanced Electrocatalysts for the Hydrogen Evolution Reaction

材料科学 石墨烯 过电位 电催化剂 碳纳米管 双金属片 纳米颗粒 氧化物 化学工程 纳米技术 催化作用 电化学 金属 电极 冶金 有机化学 物理化学 化学 工程类
作者
Ziliang Chen,Renbing Wu,Yang Liu,Yuan Ha,Yanhui Guo,Dalin Sun,Miao Liu,Fang Fang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (30) 被引量:574
标识
DOI:10.1002/adma.201802011
摘要

Abstract The rational design of an efficient and inexpensive electrocatalyst based on earth‐abundant 3d transition metals (TMs) for the hydrogen evolution reaction still remains a significant challenge in the renewable energy area. Herein, a novel and effective approach is developed for synthesizing ultrafine Co nanoparticles encapsulated in nitrogen‐doped carbon nanotubes (N‐CNTs) grafted onto both sides of reduced graphene oxide (rGO) (Co@N‐CNTs@rGO) by direct annealing of GO‐wrapped core–shell bimetallic zeolite imidazolate frameworks. Benefiting from the uniform distribution of Co nanoparticles, the in‐situ‐formed highly graphitic N‐CNTs@rGO, the large surface area, and the abundant porosity, the as‐fabricated Co@N‐CNTs@rGO composites exhibit excellent electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) activity. As demonstrated in electrochemical measurements, the composites can achieve 10 mA cm −2 at low overpotential with only 108 and 87 mV in 1 m KOH and 0.5 m H 2 SO 4 , respectively, much better than most of the reported Co‐based electrocatalysts over a wide pH range. More importantly, the synthetic strategy is versatile and can be extended to prepare other binary or even ternary TMs@N‐CNTs@rGO (e.g., Co–Fe@N‐CNTs@rGO and Co–Ni–Cu@N‐CNTs@rGO). The strategy developed here may open a new avenue toward the development of nonprecious high‐performance HER catalysts.
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