Rapid solid-state metathesis reactions for the formation of cobalt–iron monoboride solid-solutions and investigation of their water splitting electrocatalytic activity

文献情報

出版日 2023-12-15
DOI 10.1039/D3MA00728F
インパクトファクター 0
著者

Janaka P. Abeysinghe, Edward G. Gillan


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要旨

Metal borides have received increased attention as potentially robust water splitting electrocatalysts. Some studies have reported synergistic electrocatalytic effects on hydrogen and/or oxygen evolution reactions (HER/OER) using mixed metal borides. This report describes the single-step, solvent-free, and rapid (few seconds) synthesis of a series of crystalline Co1−xFexB (x = 0–1) solid solutions in high isolated product yields (>80%) from exothermic, self-propagating solid-state metathesis (SSM) reactions between metal halides and elemental Mg/B reactants. Powder X-ray diffraction shows the Co1−xFexB products are single-phase with crystallite sizes near 60 nm. SEM/EDS and elemental analysis indicate products contain homogeneous Co/Fe distributions and form large micrometer-sized particle aggregates. The electrocatalytic HER with these well-structured crystalline Co1−xFexB materials in 1 M KOH shows increased HER activity at lower applied potentials as cobalt content increases. The OER activity of Co1−xFexB also generally shows improvement with increased cobalt content. Crystalline Co1−xFexB catalysts exhibit good long-term 24 h HER and OER stability in 1 M KOH. Post-electrochemistry Co1−xFexB analyses confirm the retention of product crystallinity after long term electrocatalysis.

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