本文通過在二維（2D）黑磷（BP）納米片上生長非晶過渡金屬（鈷和鐵）氧化物，設(shè)計(jì)出了一種雙功能電催化劑（CoFeO@BP），該催化劑能夠在堿性電解液中**催化HER和OER。通過一系列的非原位和原位表征與分析，發(fā)現(xiàn)CoFeO@BP催化劑出色催化性能來源于其在還原和氧化電勢下的自適應(yīng)表面結(jié)構(gòu)。

1. CoFeO@BP的表征

通過簡單的溶劑熱法制備得到CoFeO@BP，原料采用BP納米片和鈷、鐵的二價鹽。在透射電鏡下可發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物保留了BP的二維納米片結(jié)構(gòu)，放大后發(fā)現(xiàn)其表面變得粗糙，區(qū)別于原本的BP納米片。原子力顯微鏡的表征結(jié)果表明該納米片厚度也比初始BP 厚。然而在其表面并沒有發(fā)現(xiàn)歸屬于金屬氧化物的晶格，球差暗場像中可在納米片表面觀察到雜亂的亮點(diǎn)，很可能是無定形金屬氧化物中的金屬原子。

圖1 a) TEM image showing the hybrid CoFeO@BP nanosheet. b) High magnification TEM image showing the surface of CoFeO@BP nanosheet, inset is the SAED pattern. c) AFM image of CoFeO@BP nanosheet. d) HAADF-STEM image of CoFeO@BP nanosheet. e) HAADF-STEM image (left) and the corresponding EDX elemental mapping of O, P, Co, and Fe.

2. 電化學(xué)性能測試

在1 M KOH電解液中測試CoFeO@BP的電化學(xué)性能，可以發(fā)現(xiàn)，不論是HER還是OER，復(fù)合了無定形鈷鐵氧化物的BP的性能都要遠(yuǎn)勝于初始BP。在較高電位下甚至優(yōu)于商業(yè)貴金屬催化劑Pt/C, RuO2/C。對于HER和OER，CoFeO@BP催化劑達(dá)到10 mA/cm 2的電流密度的過電勢分別為88 mV和266 mV，Tafel斜率則分別為51 mV dec-1和42 mV dec-1。將CoFeO@BP催化劑組裝到兩電極電解池中，可以發(fā)現(xiàn)其全解水效率明顯優(yōu)于Pt/C-RuO2/C組裝得到的不對稱電解池系統(tǒng)。經(jīng)過24 h的穩(wěn)定性測試，CoFeO@BP催化劑的催化性能只略微有所衰減（從**至93%）。

圖2. a) HER LSV curves of CoFeO@BP, pure BP and commercial Pt/C recorded in 1 M KOH (iR-corrected) . b) The corresponding Tafel plots. c) OER LSV curves of CoFeO@BP, pure BP and RuO2 recorded in 1 M KOH (iR-corrected). d) The corresponding Tafel plots. e) Overall water splitting performance of CoFeO@BP and commercial Pt/C-RuO2. f) Stability test of CoFeO@BP. Inset is a photograph showing bubble formation from both electrodes during electrolysis.

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季胺化殼聚糖修飾黑磷納米片(TMC-BPNSs)

聚多巴胺修飾黑磷納米片BP@PDA

黑磷納米片負(fù)載阿霉素(BPNSs/DOX)

黑磷納米片BPNSs多功能納米**載體

鹵化黑磷納米片

二碳化三鈦/二氧化鈦/黑磷納米片復(fù)合光催化劑

黑磷納米片/麥芽糖基-β-環(huán)糊精修飾玻碳電極

黑磷負(fù)載單原子催化劑

黑磷烯摻雜金屬有機(jī)框架ZIF-8/BP納米復(fù)合材料

黑磷烯摻雜金屬有機(jī)框架BPQDs@ZIF-67

硒摻雜黑磷納米片

碳摻雜二維黑磷

氧摻雜二維黑磷

硫摻雜二維黑磷

聚丙烯胺鹽酸鹽修飾黑磷(PAH/BP)

機(jī)金屬框架MOF包覆二維黑磷納米片(BPNSs)

黑磷納米片有機(jī)溶劑分散液

聚苯胺修飾黑磷納米片(PANI/BPNSs)

黑磷烯聚苯胺復(fù)合物(PANI/BPNSs)

鋅配位黑磷納米片ZnBPNSs

維納米黑磷功能化修飾改性的聚乳酸納米纖維支架

黑磷納米片/金納米粒子復(fù)合材料(AuNP/BPNSs)

四氧化三鈷納米粒子/黑磷納米片復(fù)合材料(Co3O4/BPNSs)

鍍鎳黑磷納米片潤滑劑

納米二硫化鉬/黑磷納米片復(fù)合材料

多晶黑磷納米片

鈣元素?fù)诫s改性二維黑磷納米片

PCP靶向修飾黑磷納米粒子

黑磷負(fù)載氮化鎢納米片(WN/BPNSs)

黑磷納米片包裹單寧酸金屬螯合物(BPNSs@TAMn)

黑磷納米片改性石墨相氮化碳納米片(g-C3N4/BPNSs)

稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子-黑磷納米片的納米復(fù)合物

黑磷相超薄鉍納米片

黑磷納米片功能化修飾改性聚乳酸納米纖維支架

黑磷納米片負(fù)載布洛芬修飾海藻酸鈉

混合黑磷納米片分散液

黑磷量子點(diǎn)/納米片復(fù)合材料

黑磷納米片/鉑納米粒子復(fù)合材料(Pt@BP)

黑磷納米片負(fù)載銀簇納米復(fù)合物 

介孔二氧化硅包覆黑磷納米片(SiO2/BPNSs)

黑磷量子點(diǎn)/碳化鈦納米片復(fù)合材料

黑磷烯/MXene復(fù)合材料

黑磷烯量子點(diǎn)石墨烯納米片三維復(fù)合材料

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