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Toward High-Performance and Low-Cost Hydrogen Evolution Reaction Electrocatalysts: Nanostructuring Cobalt Phosphide (CoP) Particles on Carbon Fiber Paper
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2018-04-10 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b02755 Shu Hearn Yu 1 , Daniel H. C. Chua 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2018-04-10 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.8b02755 Shu Hearn Yu 1 , Daniel H. C. Chua 1
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In this communication, we facily fabricated nanostructured CoP particles (150 to 200 nm) on carbon fiber paper (CFP) for hydrogen evolution reaction (HER) by a simple two-step process via a green route. In the first step, crystalline Co3O4 nanocubes (150–200 nm) were loaded on CFP through a hydrothermal process at low temperature (120 °C). Interestingly, crystalline Co3O4 nanocubes with a size 150–200 nm exhibited different growth mechanisms in contrast to the crystalline Co3O4 nanocubes with a size <100 nm reported earlier. In the second step, these crystalline Co3O4 nanocubes were converted to catalytically active CoP particles through chemical vapor deposition (CVD) phosphorization (denoted as CoP/CFP-H). Remarkably, CoP/CFP-H exhibited a low Tafel slope of 49.7 mV/dec and only required overpotentials of 128.1, 144.4, and 190.8 mV to drive geometric current densities of −10, −20, and −100 mA cm–2, respectively. Besides, the CoP/CFP-H also demonstrated an excellent durability in an acidic environment under 2000 sweeps at a high scan rate (100 mV s–1) and a 24 h chronopotentiometry testing. For comparison, CoP was also fabricated through the electrodeposition method, followed by CVD phosphorization (denoted as CoP/CFP-E). It was found that the latter had exhibited inferior activity compared to CoP/CFP-H. The good performances of CoP/CFP-H are essentially due to the rational designs of electrode: (i) the applications of highly HER active CoP electrocatalyst, (ii) the intimate contact of nanostructured CoP on carbon fibers, and (iii) the large electrochemical surface area at electrocatalyst/electrolyte interface due to the large retaining of particles features after phosphorization. Notably, the intermediate Co3O4/CFP can serve as a platform to develop other cobalt-based functional materials.
中文翻译：
高性能和低成本制氢反应电催化剂的研究：碳纤维纸上纳米结构化的钴磷（CoP）颗粒
在此交流中，我们通过绿色路线通过简单的两步过程在碳纤维纸（CFP）上轻松制造了纳米结构CoP颗粒（150至200 nm），用于氢释放反应（HER）。第一步，通过低温（120°C）的水热过程将结晶的Co 3 O 4纳米立方体（150–200 nm）加载到CFP上。有趣的是，与早先报道的尺寸小于100 nm的Co 3 O 4纳米晶体相比，尺寸为150-200 nm的Co 3 O 4纳米晶体具有不同的生长机制。在第二步中，这些结晶的Co 3 O 4纳米立方体通过化学气相沉积（CVD）磷化（表示为CoP / CFP-H）转化为具有催化活性的CoP颗粒。值得注意的是，COP / CFP-H显示出49.7毫伏/癸低塔菲尔斜率和128.1，144.4，才需要的超电势，和190.8毫伏驱动-10几何电流密度，-20，和-100毫安厘米-2分别。此外，CoP / CFP-H在酸性环境下在高扫描速率（100 mV s –1）下2000次扫描下也表现出出色的耐久性。）和24小时计时电位测试。为了进行比较，还通过电沉积方法制造了CoP，然后进行了CVD磷化处理（称为CoP / CFP-E）。发现与CoP / CFP-H相比，后者表现出较差的活性。CoP / CFP-H的良好性能主要归因于电极的合理设计：（i）高HER活性CoP电催化剂的应用，（ii）纳米结构CoP在碳纤维上的紧密接触，以及（iii）大型由于磷化后颗粒特征的大量保留，因此在电催化剂/电解质界面处的电化学表面积大。值得注意的是，中间的Co 3 O 4 / CFP可以用作开发其他钴基功能材料的平台。
更新日期：2018-04-10
中文翻译：
高性能和低成本制氢反应电催化剂的研究：碳纤维纸上纳米结构化的钴磷（CoP）颗粒
在此交流中，我们通过绿色路线通过简单的两步过程在碳纤维纸（CFP）上轻松制造了纳米结构CoP颗粒（150至200 nm），用于氢释放反应（HER）。第一步，通过低温（120°C）的水热过程将结晶的Co 3 O 4纳米立方体（150–200 nm）加载到CFP上。有趣的是，与早先报道的尺寸小于100 nm的Co 3 O 4纳米晶体相比，尺寸为150-200 nm的Co 3 O 4纳米晶体具有不同的生长机制。在第二步中，这些结晶的Co 3 O 4纳米立方体通过化学气相沉积（CVD）磷化（表示为CoP / CFP-H）转化为具有催化活性的CoP颗粒。值得注意的是，COP / CFP-H显示出49.7毫伏/癸低塔菲尔斜率和128.1，144.4，才需要的超电势，和190.8毫伏驱动-10几何电流密度，-20，和-100毫安厘米-2分别。此外，CoP / CFP-H在酸性环境下在高扫描速率（100 mV s –1）下2000次扫描下也表现出出色的耐久性。）和24小时计时电位测试。为了进行比较，还通过电沉积方法制造了CoP，然后进行了CVD磷化处理（称为CoP / CFP-E）。发现与CoP / CFP-H相比，后者表现出较差的活性。CoP / CFP-H的良好性能主要归因于电极的合理设计：（i）高HER活性CoP电催化剂的应用，（ii）纳米结构CoP在碳纤维上的紧密接触，以及（iii）大型由于磷化后颗粒特征的大量保留，因此在电催化剂/电解质界面处的电化学表面积大。值得注意的是，中间的Co 3 O 4 / CFP可以用作开发其他钴基功能材料的平台。
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