Boosting Electrocatalytic Oxygen Evolution: Superhydrophilic/Superaerophobic Hierarchical Nanoneedle/Microflower Arrays of CexCo3–xO4 with Oxygen Vacancies

材料科学 析氧 化学工程 电解质 氧化物 过电位 氧气 电化学 塔菲尔方程 催化作用 纳米技术 超亲水性 电极 物理化学 化学 润湿 工程类 冶金 复合材料 生物化学 有机化学
作者
Yi Du,Haifang Tang,Danyu Zhang,Huiling Liu,Yuqing Chen,Zuoyan Zhu,Weijian Yang,Ziru Li,Yanhong Tang,Chengbin Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (36): 42843-42851 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsami.1c11662
摘要

The oxygen evolution reaction has become the bottleneck of electrochemical water splitting for its sluggish kinetics. Developing high-efficiency and low-cost non-noble-metal oxide electrocatalysts is crucial but challenging for industrial application. Herein, superhydrophilic/superaerophobic hierarchical nanoneedle/microflower arrays of Ce-substituted Co3O4 (CexCo3–xO4) in situ grown on the nickel foam are successfully constructed. The hierarchical architecture and superhydrophilic/superaerophobic interface can be facilely regulated by controlling the introduction of Ce into Co3O4. The unique feature of hierarchical architecture and superhydrophilic/superaerophobic interface is in favor of electrolyte penetration and bubbles release. In addition, the presence of oxygen vacancy and Ce endows the catalyst with enhanced intrinsic activity. Benefiting from these advantages, the optimized Ce0.12Co2.88O4 catalyst shows a superior electrocatalytic performance for the oxygen evolution reaction (OER) with an overpotential of 282 mV at 20 mA cm–2, and a Tafel slope of 81.4 mV dec–1. The turnover frequency of 0.0279 s–1 for Ce0.12Co2.88O4 is 9.3 times larger than that for Co3O4 at an overpotential of 350 mV. Moreover, the optimized Ce0.12Co2.88O4 catalyst shows a robust long-term stability in alkaline media.
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