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Hierarchical superhydrophilic/superaerophobic CoMnP/Ni2P nanosheet-based microplate arrays for enhanced overall water splitting
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2021-09-08 , DOI: 10.1039/d1ta04713b Mengzhao Liu 1 , Zhe Sun 1 , Shiyan Li 2, 3 , Xiaowa Nie 1 , Yuefeng Liu 2 , Erdong Wang 2 , Zhongkui Zhao 1
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2021-09-08 , DOI: 10.1039/d1ta04713b Mengzhao Liu 1 , Zhe Sun 1 , Shiyan Li 2, 3 , Xiaowa Nie 1 , Yuefeng Liu 2 , Erdong Wang 2 , Zhongkui Zhao 1
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The development of efficient and stable non-noble metal bifunctional electrocatalysts for overall water splitting in acidic and alkaline media is highly desirable for industrial water electrolysis, but remains a profound challenge. Herein, for the first time, we report a general urea-modulated hydrothermal phosphorization strategy to directly grow hierarchical CoMnP/Ni2P nanosheet-based microplate arrays on Ni foam (NF). Thanks to the unique hierarchical structure, CoP–MnP synergism, and superhydrophilicity and superaerophobicity of the CoMnP/Ni2P/NF arrays, the optimized CoMnP/Ni2P/NF shows high activity for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) with low overpotentials in 0.5 M H2SO4 (HER: 84 mV; OER: 165 mV) and 1 M KOH (HER: 108 mV; OER: 209 mV) at a current density of 10 mA cm−2, outperforming most of the reported electrocatalysts. Moreover, the assembled two-electrode electrolyzer with CoMnP/Ni2P/NF as both the anode and cathode delivers a low cell voltage of 1.54 V at 10 mA cm−2 with robust stability in alkaline electrolyte. More importantly, highly active and stable overall water splitting in acidic medium on a non-noble bifunctional electrocatalyst is realized, and only 1.43 V cell voltage is required to achieve 10 mA cm−2 current density. This work not only creates an excellent non-noble bifunctional electrocatalyst for overall water splitting in acidic and alkaline media, but also provides a universal and practical way to prepare other nanostructured metal phosphides for diverse electrocatalytic reactions.
中文翻译：
基于分层超亲水/超疏气 CoMnP/Ni2P 纳米片的微板阵列，用于增强整体水分解
开发用于在酸性和碱性介质中全面分解水的高效且稳定的非贵金属双功能电催化剂对于工业水电解来说是非常理想的，但仍然是一个巨大的挑战。在此，我们首次报告了一种通用的尿素调节水热磷化策略，可在泡沫镍 (NF) 上直接生长分层 CoMnP/Ni 2 P 纳米片基微板阵列。由于CoMnP/Ni 2 P/NF阵列独特的分级结构、CoP-MnP协同作用以及超亲水性和超疏气性，优化的CoMnP/Ni 2 P/NF对析氢反应（HER）和析氧反应显示出高活性在 0.5 MH 2 SO 4 中具有低过电位的反应 (OER)（HER：84 mV；OER：165 mV）和 1 M KOH（HER：108 mV；OER：209 mV）在 10 mA cm -2的电流密度下，表现优于大多数报道的电催化剂。此外，组装的双电极电解槽以 CoMnP/Ni 2 P/NF 作为阳极和阴极，在 10 mA cm -2 下提供1.54 V 的低电池电压，在碱性电解质中具有强大的稳定性。更重要的是，在非贵重的双功能电催化剂上实现了在酸性介质中高活性和稳定的整体水分解，并且仅需要 1.43 V 的电池电压即可实现 10 mA cm -2当前密度。这项工作不仅为酸性和碱性介质中的整体水分解创造了一种优异的非贵重双功能电催化剂，而且还为制备用于各种电催化反应的其他纳米结构金属磷化物提供了一种通用且实用的方法。
更新日期：2021-09-24
中文翻译：
基于分层超亲水/超疏气 CoMnP/Ni2P 纳米片的微板阵列，用于增强整体水分解
开发用于在酸性和碱性介质中全面分解水的高效且稳定的非贵金属双功能电催化剂对于工业水电解来说是非常理想的，但仍然是一个巨大的挑战。在此，我们首次报告了一种通用的尿素调节水热磷化策略，可在泡沫镍 (NF) 上直接生长分层 CoMnP/Ni 2 P 纳米片基微板阵列。由于CoMnP/Ni 2 P/NF阵列独特的分级结构、CoP-MnP协同作用以及超亲水性和超疏气性，优化的CoMnP/Ni 2 P/NF对析氢反应（HER）和析氧反应显示出高活性在 0.5 MH 2 SO 4 中具有低过电位的反应 (OER)（HER：84 mV；OER：165 mV）和 1 M KOH（HER：108 mV；OER：209 mV）在 10 mA cm -2的电流密度下，表现优于大多数报道的电催化剂。此外，组装的双电极电解槽以 CoMnP/Ni 2 P/NF 作为阳极和阴极，在 10 mA cm -2 下提供1.54 V 的低电池电压，在碱性电解质中具有强大的稳定性。更重要的是，在非贵重的双功能电催化剂上实现了在酸性介质中高活性和稳定的整体水分解，并且仅需要 1.43 V 的电池电压即可实现 10 mA cm -2当前密度。这项工作不仅为酸性和碱性介质中的整体水分解创造了一种优异的非贵重双功能电催化剂，而且还为制备用于各种电催化反应的其他纳米结构金属磷化物提供了一种通用且实用的方法。
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