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Low-Overpotential Electrochemical Water Oxidation Catalyzed by CuO Derived from 2 nm-Sized Cu2(NO3)(OH)3 Nanoparticles Generated by Laser Ablation at the Air–Liquid Interface
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-07-29 , DOI: 10.1021/acsaem.0c01014 Teppei Nishi 1 , Shunsuke Sato 1 , Takeo Arai 1 , Yusuke Akimoto 1 , Kosuke Kitazumi 1 , Satoru Kosaka 1 , Naoko Takahashi 1 , Yusaku F. Nishimura 1 , Yoriko Matsuoka 1 , Takeshi Morikawa 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-07-29 , DOI: 10.1021/acsaem.0c01014 Teppei Nishi 1 , Shunsuke Sato 1 , Takeo Arai 1 , Yusuke Akimoto 1 , Kosuke Kitazumi 1 , Satoru Kosaka 1 , Naoko Takahashi 1 , Yusaku F. Nishimura 1 , Yoriko Matsuoka 1 , Takeshi Morikawa 1
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A CuO-based water oxidation electrocatalyst that operates at a low overpotential without strong alkaline conditions was developed using a laser ablation process. A two-step laser ablation, laser ablation of Cu powder in liquid (LAL) followed by laser ablation at the air–liquid interface (LAAL), enabled the preparation of a mixture of 2 nm-sized orthorhombic (gerhardtite) and metastable monoclinic Cu2(NO3)(OH)3 colloidal nanoparticles. Electrodes in which the colloidal nanoparticles were deposited as a precursor on carbon paper (CP) formed the CuO-based catalyst after pre-electrolysis (LAAL-CuO/CP), and the electrodes catalyzed electrochemical water oxidation in 1.0 M Na2CO3 (pH 11.3) with a potential of ∼1.53 V versus RHE. This value was lower than the reference electrodes of Cu, Cu2O, and CuO/CP and is the lowest among previously reported Cu-based water oxidation electrocatalysts. A current density over 10 mA/cm2 was achieved at 1.77 V versus RHE in the 1.0 M Na2CO3 solution, which is competitive with best CuO catalyst.
中文翻译：
气液界面处激光烧蚀产生的2 nm尺寸的Cu 2（NO 3）（OH）3纳米粒子产生的CuO催化的低电位电化学水氧化
使用激光烧蚀工艺开发了一种在低超电势且没有强碱性条件下运行的基于CuO的水氧化电催化剂。分两步进行激光烧蚀，即激光烧蚀液体中的铜粉（LAL），然后在气液界面处进行激光烧蚀（LAAL），从而可以制备2 nm大小的斜方晶石（硅藻土）和亚稳态单斜晶Cu的混合物2（NO 3）（OH）3胶体纳米颗粒。胶体纳米颗粒作为前体沉积在碳纸（CP）上的电极在预电解（LAAL-CuO / CP）后形成了基于CuO的催化剂，并且该电极在1.0 M Na 2 CO 3中催化电化学水氧化（pH 11.3）对RHE的电势约为1.53V。该值低于Cu，Cu 2 O和CuO / CP的参比电极，并且在先前报道的基于铜的水氧化电催化剂中最低。在1.0M Na 2 CO 3溶液中，相对于RHE，在1.77 V时实现了超过10 mA / cm 2的电流密度，这与最佳的CuO催化剂相比具有竞争力。
更新日期：2020-09-28
中文翻译：
气液界面处激光烧蚀产生的2 nm尺寸的Cu 2（NO 3）（OH）3纳米粒子产生的CuO催化的低电位电化学水氧化
使用激光烧蚀工艺开发了一种在低超电势且没有强碱性条件下运行的基于CuO的水氧化电催化剂。分两步进行激光烧蚀，即激光烧蚀液体中的铜粉（LAL），然后在气液界面处进行激光烧蚀（LAAL），从而可以制备2 nm大小的斜方晶石（硅藻土）和亚稳态单斜晶Cu的混合物2（NO 3）（OH）3胶体纳米颗粒。胶体纳米颗粒作为前体沉积在碳纸（CP）上的电极在预电解（LAAL-CuO / CP）后形成了基于CuO的催化剂，并且该电极在1.0 M Na 2 CO 3中催化电化学水氧化（pH 11.3）对RHE的电势约为1.53V。该值低于Cu，Cu 2 O和CuO / CP的参比电极，并且在先前报道的基于铜的水氧化电催化剂中最低。在1.0M Na 2 CO 3溶液中，相对于RHE，在1.77 V时实现了超过10 mA / cm 2的电流密度，这与最佳的CuO催化剂相比具有竞争力。
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