窒素ドープカーボンナノチューブに埋め込まれた金属-有機フレームワーク由来の鉄ドープCo1.11Te2の水解特性

Metal-Organic Framework-Derived Fe-doped Co1.11Te2 Embedded in Nitrogen-Doped Carbon Nanotube for Water Splitting.

• Zhi Su
• Bin He
• Xin-Chao Wang
• Li-Xue Xia
• Yue-Qi Guo
• Ya-Wen Tang
• Yan Zhao
• Qing-Li Hao
• Tao Yu
• Hong-Ke Liu

抄録

窒素ドープカーボンナノチューブフレームワーク(Fe-Co 1.11Te2 @NCNTF)に鉄をドープしたテルル化コバルトナノ粒子を、H2/Ar混合雰囲気下でテルル化することで合理的に設計したことを報告する。鉄ドープはCo 1.11 Te 2の電子構造を効果的に変調し、反応活性を高め、電気化学的性能をさらに向上させることができた。最適化された電極触媒は、アルカリ性電解質中で、10 mA cm -2の電流密度で107mVと297mVの低過電位で優れたHER性能とOER性能を示したが、無添加のCo 1.11 Te 2の@NCTFはそれぞれ165mVと360mVであった。全体的な水の分割性能は、10 mA cm -2 の電流密度を駆動するために必要な電圧は 1.61 V のみであった。密度汎関数理論(DFT)計算により、鉄ドーピングは、豊富な活性サイトを露出させるだけでなく、水素結合自由エネルギーを減少させることが示された。本研究は、効率的な全体的な水分解のための非貴金属触媒を研究するための実行可能な方法を提供するものである。

We report a rational design of Fe-doped cobalt telluride nanoparticles encapsulated in nitrogen-doped carbon nanotube frameworks (Fe-Co 1.11 Te 2 @NCNTF) by tellurized of Fe-etched ZIF-67 under a mixed H 2 /Ar atmosphere. Fe-doping was able to effectively modulate the electronic structure of Co 1.11 Te 2 , increase the reaction activity, and further improve the electrochemical performance. The optimized electrocatalyst exhibited superior HER and OER performances in an alkaline electrolyte with low overpotentials of 107 and 297 mV with a current density of 10 mA cm -2 , in contrast to the undoped Co 1.11 Te 2 @NCTF of 165 and 360 mV, respectively. The overall water splitting performance only required a voltage of 1.61 V to drive a current density of 10 mA cm -2 . Density function theory (DFT) calculations indicated that the Fe-doping not only afforded rich exposed active sites but also decreased the hydrogen binding free energy. This work provided a feasible way to study non-precious-metal catalysts for an efficient overall water splitting.

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