Few-Layer Iron Selenophosphate, FePSe₃: Efficient Electrocatalyst toward Water Splitting and Oxygen Reduction Reactions

Abstract

There has been a spurt of activity in using layered MPX 3 (M = transition metal, X = chalcogen, S/Se/Te) compounds in various studies including catalysis and devices.In the present study, low band gap, ternary iron selenophosphate (FePSe 3 ) is introduced as an excellent and highly stable trifunctional electrocatalyst for hydrogen evolution, oxygen evolution, and oxygen reduction reactions. It is observed that the present catalyst is useful in evolving hydrogen over a wide pH range including seawater environment. Density functional theory calculations reveal various parameters that help improve the electrocatalytic activity of the layered material. Covalency of the Fe−Se bond, distortion in the crystal structure, and adsorption properties are shown to be responsible for the observed high catalytic activity.

Metall‐Phosphor‐Trichalkogenide (MPCh3): von der Synthese zu aktuellen Energieanwendungen

“…e) Nyquist-Diagramme und f) die entsprechenden R ct -Werte in den gleichen Medien wie die CVsfürMPS n in (a). [43] Diese Methode unterliegt allerdings einigen Beschränkungen. [21,22] MPCh 3 -Materialien eignen sich wegen ihrer inhärenten Elektrochemie für( Bio-)Sensorsysteme,z .B.a ls elektroaktive Markierung, wie dies bereits fürv erschiedene Schichtmaterialien bekannt ist.…”

“…B. unter Verwendung mittels Tr opfgießen hergestellter Interdigitalelektroden mit Goldbedeckung.Die Polarisationskurven zeigen, dass die MPSe 3 -Verbindungen CdPSe 3 und SnPSe 3 eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, während ZnPSe 3 und MnPSe 3 im Potentialbereich von + 2b is À2V nichtleitend sind. [43] Ihr interessantes zweidimensional anisotropes Verhalten macht MPCh 3 -Verbindungen [21, 25-27, 31, 44, 50] fürdie Anwendung in niedrigdimensionalen magnetischen und spintronischen Systemen interessant, und ihre magnetischen Eigenschaften waren der Gegenstand vieler experimenteller und theoretischer Studien. Im vorliegenden Fall beobachtete man keine direkte Korrelation zwischen der Leitfähigkeit des Materials und seiner elektrokatalytischen Aktivität.…”

“…[22] In einem anderen Beispiel wurde die katalytische Aktivitäta uf einem Nanokomposit aus reduziertem Graphenoxid (rGO) und wenigen FePSe 3 -Schichten einer verbesserten Gesamtleitfähigkeit durch das rGO zugeschrieben, das als Leitungskanal fürd en leichten Elektronentransfer fungiert (Abbildung 3a). [43] c) Magnetische Suszeptibilitätvon MPSe 3 .F ürM= Cr und Mn stimmen die Kurven fürdie im Feld gekühlten (FC-) und feldfrei gekühlten (ZFC-)Proben überein, während sie sich mit M = Fe ab Tb = 130 Ku nterscheiden. [43] Ihr interessantes zweidimensional anisotropes Verhalten macht MPCh 3 -Verbindungen [21, 25-27, 31, 44, 50] fürdie Anwendung in niedrigdimensionalen magnetischen und spintronischen Systemen interessant, und ihre magnetischen Eigenschaften waren der Gegenstand vieler experimenteller und theoretischer Studien.…”

“…Idealerweise sollten Elemente verwendet werden, die in der Erdkruste reichlich vorhanden sind. [43,61,62] FürF ePS 3 ergaben die DFT-Rechnungen, dass hauptsächlich Su nd Pa ls aktive Zentren fürd ie Adsorption und Desorption von atomarem Hb ei unterschiedlichen Bedeckungen fungieren. [59] Im Zuge ihrer Renaissance wurden MPCh 3 -Verbindungen auch fürd ie Anwendung in Wasserspaltungsreaktionen für Energieanwendungen ins Spiel gebracht.…”

“…[36,63,64] Als Te ndenz zeigten Studien an MPCh n -Volumenkristallen, dass fürM PSe 3 das Onset-Potential bei À10 mA cm À2 generell geringer war als fürM PS 3 . [43] Metallisches Fe ist ein schlechter Katalysator für die HER, sodass das Pu nd das Se der [P 2 Se 6 ] 4À -Einheiten wahrscheinlich eine vorteilhafte Rolle bei der Adsorption und Desorption von Hs pielen. [43] Metallisches Fe ist ein schlechter Katalysator für die HER, sodass das Pu nd das Se der [P 2 Se 6 ] 4À -Einheiten wahrscheinlich eine vorteilhafte Rolle bei der Adsorption und Desorption von Hs pielen.…”