WC nanoparticles and NiFe alloy co-encapsulated in N-doped carbon nanocage for exceptional OER and ORR bifunctional electrocatalysis

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作者
Eunsu Jang,Jangwoo Cho,Ji‐Hoon Kim,Jooheon Kim
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:663: 160201-160201 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.160201
摘要

Developing earth-abundant electrocatalysts with optimized intrinsic active sites is crucial for enhancing bifunctional oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) performance. In this study, we fabricated a hollow structured carbon framework utilizing NiFe Prussian Blue analogs (PBAs) as templates, while polypyrrole (PPy) and phosphotungstic acid (PW12). Pyrrole monomer underwent polymerization on the nanocubic PBA surface in the presence of PW12 (PBA@PPy-PW12). Subsequent carbothermal reduction created an N-doped carbon shell with embedded NiFe alloy and tungsten carbide (WC) nanoparticles. The polymeric PPy-PW12 nature can not only prevent the aggregation of PBA and WC structures but also enhance electrical conductivity by connecting neighboring nanospheres. Moreover, the introduction of WC can significantly enhance the bifunctional electrocatalytic activity of the carbon-based catalyst, which is attributed to synergism between the WC and NiFe materials within the NC layer. Consequently, NiFe/W0.3C@NC exhibited outstanding OER (overpotential = 290 mV for 10 mA/cm2; Tafel slope = 57 mV/dec) and ORR (half wave potential = 0.81 V; Tafel slope = 61 mV/dec) performances. This work presents a promising avenue for developing high-performance electrocatalysts for energy conversion systems that showcase remarkable efficiency, stability, and potential practicability.
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