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Stable Fe2P2S6 Nanocrystal Catalyst for High‐Efficiency Water Electrolysis
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2019-11-18 , DOI: 10.1002/smtd.201900632 Jinfa Chang 1 , Guanzhi Wang 1 , Anas Belharsa 1 , Junjie Ge 2 , Wei Xing 2 , Yang Yang 1
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2019-11-18 , DOI: 10.1002/smtd.201900632 Jinfa Chang 1 , Guanzhi Wang 1 , Anas Belharsa 1 , Junjie Ge 2 , Wei Xing 2 , Yang Yang 1
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A crucial step toward clean hydrogen (H2) energy production through water electrolysis is to develop high‐stability catalysts, which can be reliably used at high current densities for a long time. So far, platinum group metals (PGM) and their oxides, for example, Pt and iridium oxide (IrO2) have been well‐regarded as the criterion for hydrogen and oxygen evolution reactions (HER and OER) electrocatalysts. However, the PGM catalysts usually undergo severe performance decay during the long‐term operation. Herein, the in situ growth of iron phosphosulfate (Fe2P2S6) nanocrystals (NCs) catalysts on carbon paper synthesized by combing chemical vapor deposition with solvent‐thermal treatment is reported to show competitive performance and stability as compared to the state‐of‐the‐art PGM catalysts in a real water electrolyzer. A current density of 370 mA cm−2 is achieved at 1.8 V when using Fe2P2S6 NCs as bifunctional catalysts in an anion exchange membrane water electrolyzer. The Fe2P2S6 NCs also show much better stability than the Pt‐IrO2 catalysts at 300 mA cm−2 for a continuous 24 h test. The surface generated FeOOH on Fe2P2S6 is the real active site for OER. These results indicate that the Fe2P2S6 NCs potentially can be used to replace PGM catalysts for practical water electrolyzers.
中文翻译：
用于高效水电解的稳定的Fe2P2S6纳米晶催化剂
通过水电解生产清洁氢气（H 2）的关键步骤是开发高稳定性催化剂，该催化剂可以在高电流密度下可靠地长时间使用。到目前为止，铂族金属（PGM）及其氧化物，例如Pt和氧化铱（IrO 2）已被公认为是氢和氧放出反应（HER和OER）电催化剂的标准。但是，PGM催化剂在长期运行过程中通常会发生严重的性能下降。在这里，原位生长的是磷酸铁铁（Fe 2 P 2 S 6）据报道，与化学水电解槽中最新的PGM催化剂相比，通过化学气相沉积与溶剂热处理相结合在碳纸上合成的纳米晶体（NCs）催化剂显示出竞争性和稳定性。当在阴离子交换膜水电解槽中使用Fe 2 P 2 S 6 NCs作为双功能催化剂时，在1.8 V时可获得370 mA cm -2的电流密度。在连续24小时的测试中，Fe 2 P 2 S 6 NCs在300 mA cm -2时也显示出比Pt-IrO 2催化剂更好的稳定性。表面在Fe 2 P 2上生成FeOOHS 6是OER的真正活跃站点。这些结果表明，Fe 2 P 2 S 6 NCs可能可以用来代替实际水电解槽中的PGM催化剂。
更新日期：2019-11-18
中文翻译：
用于高效水电解的稳定的Fe2P2S6纳米晶催化剂
通过水电解生产清洁氢气（H 2）的关键步骤是开发高稳定性催化剂，该催化剂可以在高电流密度下可靠地长时间使用。到目前为止，铂族金属（PGM）及其氧化物，例如Pt和氧化铱（IrO 2）已被公认为是氢和氧放出反应（HER和OER）电催化剂的标准。但是，PGM催化剂在长期运行过程中通常会发生严重的性能下降。在这里，原位生长的是磷酸铁铁（Fe 2 P 2 S 6）据报道，与化学水电解槽中最新的PGM催化剂相比，通过化学气相沉积与溶剂热处理相结合在碳纸上合成的纳米晶体（NCs）催化剂显示出竞争性和稳定性。当在阴离子交换膜水电解槽中使用Fe 2 P 2 S 6 NCs作为双功能催化剂时，在1.8 V时可获得370 mA cm -2的电流密度。在连续24小时的测试中，Fe 2 P 2 S 6 NCs在300 mA cm -2时也显示出比Pt-IrO 2催化剂更好的稳定性。表面在Fe 2 P 2上生成FeOOHS 6是OER的真正活跃站点。这些结果表明，Fe 2 P 2 S 6 NCs可能可以用来代替实际水电解槽中的PGM催化剂。
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