Graphene Oxide-based Cobalt Porphyrin Composites for Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction

doi:10.7503/cjcu20210549

Abstract

Abstract:

5，10，15，20-tetraphenyl porphyrin cobalt complex（CoTPP） was synthesized and used to prepare metalloporphyrin graphene oxide（GO） composite for electrocatalytic hydrogen evolutionreaction（HER）. The results indica-ted that when the mass ratio of CoTPP to GO is 1∶15， the performance of the composite is the best. The test of Raman and SEM revealed that the surface disorder of CoTPP/GO material was increased as compared to GO. This change is beneficial for the charge transfer of the HER. EIS test results showed the resistance of GO was reduced from 1180 Ω to 734 Ω of CoTPP/GO. The HER onset overpotential of material was reduced from -761 mV of GO to -337 mV of CoTPP/GO. Tafel slope was reduced from 296 mV/dec of GO to 174 mV/dec of CoTPP/GO， while the Faraday efficiency was increased from 23% to 87%. After adding diphenyl sulfide（SPh₂） axial ligand， the HER onset overpotential of CoTPP（SPh₂）/GO material was further reduced to -235 mV. Tafel slope was also reduced to 163 mV/dec and Faraday efficiency was increased to 94%. These results indicate that the self-assembly of graphene oxide and metalloporphyrin is an effective way to construct graphene-based metalloporphyrin electrocatalytic HER materials.

Key words: Porphyrin, Cobalt, Electrocatalytic hydrogen evolution, Self-assembly, Graphene oxide

CLC Number:

O646.54

TrendMD:

YU Bin, CHEN Xiaoyan, ZHAO Yue, CHEN Weichang, XIAO Xinyan, LIU Haiyang. Graphene Oxide-based Cobalt Porphyrin Composites for Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210549.

Figures/Tables 8

Fig.1 UV?Vis spectra of TPP, CoTPP, CoTPP(SPh2)(A) and UV?Vis DRS spectra of the GO, CoTPP/GO, CoTPP(SPh2)/GO(B)

Fig.2 LSV curves of different mass ratio of CoTPP and GO

Fig.3 XPS spectra of Co2p of CoTPP/GO(A) and CoTPP(SPh2)/GO(B)

Fig.4 SEM images of GO(A1, A2), CoTPP/GO(B1, B2) and CoTPP(SPh2)/GO(C1, C2) with different magnifications

Fig.5 Raman spectra of GO, CoTPP/GO and CoTPP(SPh2)/GO

Fig.6 Polarization curves(A) and Tafel plots(B) of HER process for GO, CoTPP, CoTPP(SPh2), CoTPP/GO, CoTPP(SPh2)/GO in 0.5 mol/L H2SO4 aqueous solution

Fig.7 EIS curves of GO, CoTPP/GO and CoTPP(SPh2)/GO

Fig.8 Stability curves(A) and gas chromatogram(B) of hydrogen by CoTPP(SPh2)/GO

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