Freestanding and Robust Bifunctional Electrode: CoFe-LDH/Co 3 O 4 Nanohybrids on Ni Foam for Overall Water Splitting

双功能 催化作用 电催化剂 分解水 析氧 材料科学 化学工程 纳米技术 环境友好型 双功能催化剂 合理设计 密度泛函理论 电池电压 电流密度 无机化学 过渡金属 氧气 制氢 电解水 水处理 多相催化 化学
作者
Jinjin Wei,Hao Li,Yuru Liu,Wenjie Xie
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:42 (5): 3997-4009 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c05473
摘要

To mitigate energy crises and environmental pollution, it is of paramount importance to develop a rational approach for creating affordable, stable, efficient, and environmentally friendly bifunctional electrocatalysts based on nonprecious metals for total water splitting. In this study, a series of CoFe-LDH/Co 3 O 4 /NF- x ( x = 0.25, 0.50, 0.75) electrocatalyst materials have been synthesized on nickel foam (NF) by employing a three-step method. The combination of Co 3 O 4 /NF nanopinelike arrays with stable mechanical strength and CoFe-LDH nanosheets forms channels conducive to rapid electron transfer, thereby enhancing the catalytic activity of the materials. Of the materials synthesized, the CoFe-LDH/Co 3 O 4 /NF-0.50 exhibited the most remarkable hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) activities as an electrocatalyst. The CoFe-LDH/Co 3 O 4 /NF-0.50||CoFe-LDH/Co 3 O 4 /NF-0.50 alkaline electrolyzer, employed for overall water splitting, exhibits a cell voltage as low as 1.581 V at a current density of 10 mA cm –2, along with excellent stability over prolonged cycling. Density functional theory (DFT) calculations reveal synergistic interactions at the CoFe-LDH/Co 3 O 4 /NF interface and provide insights into the mechanistic processes of the HER/OER catalytic sites. This study provides a foundation for advancing catalyst supports similar to NF in the field of overall water electrolysis.
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