Self-supported 3D coral-like copper/poly diphenylamine on nickel foam: multifunctional exploration of overall electrochemical water splitting, alcohol oxidation reaction and supercapacitor applications

文献情報

出版日 2023-12-27
DOI 10.1039/D3NJ05182J
インパクトファクター 3.591
著者

Asha Raveendran, Mijun Chandran, Soo Chool Lee, Masoom Raza Siddiqui, Saikh Mohammad Wabaidur


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要旨

Across numerous industrial domains, including renewable energy systems, developing affordable, stable, long-lasting, and active electrocatalysts is imperative. Conventional catalysts have weak water splitting activity in alkaline medium because of their slow kinetics, high cost, and limited availability for large-scale production. A detailed investigation was conducted into the impact of copper (Cu) as a redox additive on the performance of a polydiphenylamine (PDPA) and three-dimensional copper/polydiphenylamine was electrodeposited potentiodynamically on nickel foam (NF) to achieve a binder-free electrocatalyst. This study describes the remarkable multifunctional capability of Cu/PDPA/NF for the hydrogen and oxygen evolution reaction, methanol & ethanol electro-oxidation and supercapacitor applications. The prepared electrode materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopy, scanning electron microscopy & X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to analyse the structural and morphological characteristics. The excellent electrocatalytic activity of the Cu/PDPA/NF heterostructure for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) was observed with the overpotential and small Tafel slope values of 235.85 mV and 75 mV dec−1 to reach 10 mA cm−2 current density for the HER and 320 mV and 33.7 mV dec−1 to reach 10 mA cm−2 current density for the OER, respectively, in 1 M KOH electrolyte. In terms of their role in direct alcohol fuel cells (DAFCs) as anode catalysts, Cu/PDPA/NF exhibits the highest oxidation peak current density at 370 mA cm−2, while for the ethanol oxidation reaction, the forward oxidation peak current density was 101.96 mA cm−2. The synergistic effect of the polymer polydiphenylamine and copper also led to remarkable performance in terms of the areal capacitance of the material at 668 mF cm−2 at a current density of 0.5 A cm−2 with the capacitance retention of 81.3% after 5000 cycles at a current density of 10 A cm−2, thus exhibiting energy storage capacity. The coral-like Cu/PDPA/NF designed in this study showcases improved electrochemical activity, which can lead to its usage in the broader applications of energy conversion and storage applications.

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掲載誌

New Journal of Chemistry

New Journal of Chemistry
CiteScore: 5.3
自己引用率: 3.7%
年間論文数: 2153

NJC (New Journal of Chemistry) is a broad-based primary journal encompassing all branches of chemistry and its sub-disciplines. It contains full research articles, communications, perspectives and focus articles. This well-established journal, owned by the Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) of France, has been co-published with the Royal Society of Chemistry since January 1998. NJC is the forum for the publication of high-quality, original and significant work that opens new directions in chemistry or other scientific disciplines. In addition to having a significant chemical component, work published in NJC must demonstrate that it will have an impact on areas of research other than that of the reported work.

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