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Earth-Abundant Fe and Ni Dually Doped Co2P for Superior Oxygen Evolution Reactivity and as a Bifunctional Electrocatalyst toward Renewable Energy-Powered Overall Alkaline Water Splitting
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-09-13 , DOI: 10.1021/acsaem.1c01926 Jiangtian Li 1 , Deryn Chu 1 , David R. Baker 1 , Asher Leff 1 , Peng Zheng 2 , Rongzhong Jiang 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-09-13 , DOI: 10.1021/acsaem.1c01926 Jiangtian Li 1 , Deryn Chu 1 , David R. Baker 1 , Asher Leff 1 , Peng Zheng 2 , Rongzhong Jiang 1
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In this paper, we report multimetallic phosphide FeNi-Co2P as a superior alkaline oxygen evolution reaction (OER) electrocatalyst and bifunctional electrocatalyst for solar energy-powered water splitting. Fe incorporation into Ni-Co2P leads to (i) the increased amount of high-valence Co3+ and Ni3+, (ii) the improved intrinsic activity of active centers, and (iii) the increased disorder defects in the in situ-formed oxyhydroxide species during the OER activation process. Synergistic actions among them enable the electrocatalyst’s exceptional OER activity with an overpotential of 225 ± 4 mV at 10 mA/cm2, which outperforms the benchmark catalyst RuO2 and most state-of-the-art OER electrocatalysts. Meanwhile, Fe incorporation decreases the density of states near the Fermi level, which slightly degrades the HER activity compared to the Fe-free electrocatalyst. The FeNi-Co2P||FeNi-Co2P and FeNi-Co2P||Ni-Co2P electrolyzer cells demonstrate voltages of 1.596 and 1.578 V at 10 mA/cm2 for water splitting in 1 M KOH, respectively. A solar energy-powered electrolyzer cell for water splitting has been realized with the as-proposed electrocatalysts. Our results suggest that multimetallic phosphides are promising as low-cost, efficient bifunctional electrocatalysts for overall water splitting in alkaline electrolyte. Additionally, this work provides a real-world application scenario of overall water splitting for hydrogen generation by renewable energy sources.
中文翻译：
地球丰富的 Fe 和 Ni 双掺杂 Co2P 具有优异的析氧反应性和作为可再生能源驱动的整体碱性水分解的双功能电催化剂
在本文中，我们报告了多金属磷化物 FeNi-Co 2 P 作为一种优异的碱性析氧反应 (OER) 电催化剂和用于太阳能驱动的水分解的双功能电催化剂。铁掺入镍钴2 P导致（ⅰ）高价钴的增加量3+和Ni 3+，（ⅱ）活性中心的改进的固有活性，和（iii）在增加的病症的缺陷在在 OER 活化过程中原位形成的羟基氧化物物种。它们之间的协同作用使电催化剂具有卓越的 OER 活性，在 10 mA/cm 2时的过电位为 225 ± 4 mV ，优于基准催化剂 RuO 2和大多数最先进的 OER 电催化剂。同时，Fe的掺入降低了费米能级附近的态密度，与不含Fe的电催化剂相比，这略微降低了HER活性。FeNi-Co 2 P||FeNi-Co 2 P 和 FeNi-Co 2 P||Ni-Co 2 P 电解槽在 10 mA/cm 2 下的电压分别为 1.596 和 1.578 V分别用于在 1 M KOH 中分解水。已经使用所提出的电催化剂实现了用于水分解的太阳能供电的电解槽电池。我们的结果表明，多金属磷化物有望作为低成本、高效的双功能电催化剂，用于碱性电解质中的整体水分解。此外，这项工作为可再生能源制氢提供了整体水分解的真实应用场景。
更新日期：2021-09-27
中文翻译：
地球丰富的 Fe 和 Ni 双掺杂 Co2P 具有优异的析氧反应性和作为可再生能源驱动的整体碱性水分解的双功能电催化剂
在本文中，我们报告了多金属磷化物 FeNi-Co 2 P 作为一种优异的碱性析氧反应 (OER) 电催化剂和用于太阳能驱动的水分解的双功能电催化剂。铁掺入镍钴2 P导致（ⅰ）高价钴的增加量3+和Ni 3+，（ⅱ）活性中心的改进的固有活性，和（iii）在增加的病症的缺陷在在 OER 活化过程中原位形成的羟基氧化物物种。它们之间的协同作用使电催化剂具有卓越的 OER 活性，在 10 mA/cm 2时的过电位为 225 ± 4 mV ，优于基准催化剂 RuO 2和大多数最先进的 OER 电催化剂。同时，Fe的掺入降低了费米能级附近的态密度，与不含Fe的电催化剂相比，这略微降低了HER活性。FeNi-Co 2 P||FeNi-Co 2 P 和 FeNi-Co 2 P||Ni-Co 2 P 电解槽在 10 mA/cm 2 下的电压分别为 1.596 和 1.578 V分别用于在 1 M KOH 中分解水。已经使用所提出的电催化剂实现了用于水分解的太阳能供电的电解槽电池。我们的结果表明，多金属磷化物有望作为低成本、高效的双功能电催化剂，用于碱性电解质中的整体水分解。此外，这项工作为可再生能源制氢提供了整体水分解的真实应用场景。
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