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一文介绍双功能电催化剂(CoFeO@BP)非晶钴铁氧化物@二维黑磷
发布时间:2021-05-17     作者:axc   分享到:

本文通过在二维(2D)黑磷(BP)纳米片上生长非晶过渡金属(钴和铁)氧化物,设计出了一种双功能电催化剂(CoFeO@BP),该催化剂能够在碱性电解液中高效催化HER和OER。通过一系列的非原位和原位表征与分析,发现CoFeO@BP催化剂出色催化性能来源于其在还原和氧化电势下的自适应表面结构。

1. CoFeO@BP的表征

通过简单的溶剂热法制备得到CoFeO@BP,原料采用BP纳米片和钴、铁的二价盐。在透射电镜下可发现产物保留了BP的二维纳米片结构,放大后发现其表面变得粗糙,区别于原本的BP纳米片。原子力显微镜的表征结果表明该纳米片厚度也比初始BP 厚。然而在其表面并没有发现归属于金属氧化物的晶格,球差暗场像中可在纳米片表面观察到杂乱的亮点,很可能是无定形金属氧化物中的金属原子。

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a) TEM image showing the hybrid CoFeO@BP nanosheet. b) High magnification TEM image showing the surface of CoFeO@BP nanosheet, inset is the SAED pattern. c) AFM image of CoFeO@BP nanosheet. d) HAADF-STEM image of CoFeO@BP nanosheet. e) HAADF-STEM image (left) and the corresponding EDX elemental mapping of O, P, Co, and Fe.

2. 电化学性能测试

在1 M KOH电解液中测试CoFeO@BP的电化学性能,可以发现,不论是HER还是OER,复合了无定形钴铁氧化物的BP的性能都要远胜于初始BP。在较高电位下甚至优于商业贵金属催化剂Pt/C, RuO2/C。对于HER和OER,CoFeO@BP催化剂达到10 mA/cm 2的电流密度的过电势分别为88 mV和266 mV,Tafel斜率则分别为51 mV dec-1和42 mV dec-1。将CoFeO@BP催化剂组装到两电极电解池中,可以发现其全解水效率明显优于Pt/C-RuO2/C组装得到的不对称电解池系统。经过24 h的稳定性测试,CoFeO@BP催化剂的催化性能只略微有所衰减(从100%至93%)。

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图2. a) HER LSV curves of CoFeO@BP, pure BP and commercial Pt/C recorded in 1 M KOH (iR-corrected) . b) The corresponding Tafel plots. c) OER LSV curves of CoFeO@BP, pure BP and RuO2 recorded in 1 M KOH (iR-corrected). d) The corresponding Tafel plots. e) Overall water splitting performance of CoFeO@BP and commercial Pt/C-RuO2. f) Stability test of CoFeO@BP. Inset is a photograph showing bubble formation from both electrodes during electrolysis.

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