Hydration‐Effect‐Promoting Ni–Fe Oxyhydroxide Catalysts for Neutral Water Oxidation

过电位 催化作用 析氧 电解质 离解(化学) 无机化学 电催化剂 吸附 氧化物 材料科学 分解水 金属 化学工程 电化学 化学 物理化学 电极 光催化 有机化学 工程类 冶金
作者
Ning Wang,Zhen Cao,X. R. Zheng,Bo Zhang,Sergey M. Kozlov,Peining Chen,Chengqin Zou,Xiangbin Kong,Yunzhou Wen,Min Liu,Yansong Zhou,Cao‐Thang Dinh,Lirong Zheng,Huisheng Peng,Ying Zhao,Luigi Cavallo,Xiaodan Zhang,Edward H. Sargent
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (8): e1906806-e1906806 被引量:107
标识
DOI:10.1002/adma.201906806
摘要

Oxygen evolution reaction (OER) catalysts that function efficiently in pH-neutral electrolyte are of interest for biohybrid fuel and chemical production. The low concentration of reactant in neutral electrolyte mandates that OER catalysts provide both the water adsorption and dissociation steps. Here it is shown, using density functional theory simulations, that the addition of hydrated metal cations into a Ni-Fe framework contributes water adsorption functionality proximate to the active sites. Hydration-effect-promoting (HEP) metal cations such as Mg2+ and hydration-effect-limiting Ba2+ into Ni-Fe frameworks using a room-temperature sol-gel process are incorporated. The Ni-Fe-Mg catalysts exhibit an overpotential of 310 mV at 10 mA cm-2 in pH-neutral electrolytes and thus outperform iridium oxide (IrO2 ) electrocatalyst by a margin of 40 mV. The catalysts are stable over 900 h of continuous operation. Experimental studies and computational simulations reveal that HEP catalysts favor the molecular adsorption of water and its dissociation in pH-neutral electrolyte, indicating a strategy to enhance OER catalytic activity.
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