Sol-flame synthesis of cobalt-doped TiO2 nanowires with enhanced electrocatalytic activity for oxygen evolution reaction

文献情報

出版日 2014-05-02
DOI 10.1039/C4CP01748J
インパクトファクター 3.676
著者

Lili Cai, In Sun Cho, Apurva Mehta, Jiajun He, Chi Hwan Lee, Pratap M. Rao, Yunzhe Feng, Jennifer Wilcox, Fritz B. Prinz, Xiaolin Zheng


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要旨

Doping nanowires (NWs) is of crucial importance for a range of applications due to the unique properties arising from both impurities' incorporation and nanoscale dimensions. However, existing doping methods face the challenge of simultaneous control over the morphology, crystallinity, dopant distribution and concentration at the nanometer scale. Here, we present a controllable and reliable method, which combines versatile solution phase chemistry and rapid flame annealing process (sol-flame), to dope TiO2 NWs with cobalt (Co). The sol-flame doping method not only preserves the morphology and crystallinity of the TiO2 NWs, but also allows fine control over the Co dopant profile by varying the concentration of Co precursor solution. Characterizations of the TiO2:Co NWs show that Co dopants exhibit 2+ oxidation state and substitutionally occupy Ti sites in the TiO2 lattice. The Co dopant concentration significantly affects the oxygen evolution reaction (OER) activity of TiO2:Co NWs, and the TiO2:Co NWs with 12 at% of Co on the surface show the highest OER activity with a 0.76 V reduction of the overpotential with respect to undoped TiO2 NWs. This enhancement of OER activity for TiO2:Co NWs is attributed to both improved surface charge transfer kinetics and increased bulk conductivity.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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