Phase segregation reversibility in mixed-metal hydroxide water oxidation catalysts

催化作用 氢氧化物 溶解 电催化剂 化学工程 电解质 金属 无机化学 电化学 材料科学 金属氢氧化物 析氧 化学 相(物质) 冶金 电极 物理化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Chunguang Kuai,Zhengrui Xu,Cong Xi,Anyang Hu,Zhijie Yang,Yan Zhang,Chengjun Sun,Luxi Li,Dimosthenis Sokaras,Cunku Dong,Shi‐Zhang Qiao,Xi‐Wen Du,Feng Lin
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:3 (9): 743-753 被引量:212
标识
DOI:10.1038/s41929-020-0496-z
摘要

Achieving stable, low-cost electrocatalysts represents a daunting challenge towards practical water oxidation reactions. Here, we report that a degraded electrocatalyst can be revivified under catalytic operating conditions by manipulating reversible phase segregation. Under the oxygen evolution reaction conditions, Fe segregation develops in the Ni–Fe hydroxide host lattice, with the formation of FeOOH, resulting in an interface between the FeOOH and the host lattice. A dynamic metal dissolution–redeposition process accelerates the Fe segregation and formation of the FeOOH secondary phase, resulting in catalyst deactivation. Operando synchrotron spectroscopic and microscopic analyses suggest that the phase segregation is reversible between the water oxidation potential and the catalyst reduction potential. Therefore, we have developed an intermittent reduction methodology to revivify the catalytic activity under the operating conditions, enhancing catalyst durability. The present study highlights that tailoring phase segregation at the catalyst/electrolyte interface constitutes an important strategy for revivifying and stabilizing catalytic activity. Achieving long-term stability of water oxidation electrocatalysts remains a formidable challenge. Now, an in situ electrochemical reduction strategy to revivify mixed Ni–Fe hydroxide catalysts by reversible phase segregation is presented.
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