Tuning electronic structure of hedgehog-like nickel cobaltite via molybdenum-doping for enhanced electrocatalytic oxygen evolution catalysis

塔菲尔方程 钴酸盐 析氧 过电位 电催化剂 催化作用 材料科学 无机化学 镍 化学工程 化学 电化学 物理化学 电极 冶金 工程类 生物化学
作者
Yinghao Tao,Wendan Jiang,Hui Wang,Weiju Hao,Qingyuan Bi,Xinjuan Liu,Jinchen Fan,Guisheng Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:657: 921-930 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.12.048
摘要

As a typical spinel oxide, nickel cobaltite (NiCo2O4) is considered to be a promising and reliable oxygen evolution reaction (OER) catalyst due to its abundant oxidation states and the synergistic effect of multiple metal species. However, the electrocatalytic OER performance of NiCo2O4 has always been limited by the low specific surface area and poor intrinsic conductivity of spinels. Herein, the hedgehog-like molybdenum-doped NiCo2O4 (Mo-NiCo2O4) catalyst was prepared as an efficient OER electrocatalyst via a facile hydrothermal method followed with high-temperature annealing. The Mo-NiCo2O4-0.075 with Mo doping concentration of ∼ 1.95 wt% exhibits excellent OER performance with a low overpotential of 265 mV at a current density of 10 mA·cm−2 and a Tafel slope of 126.63 mV·dec-1, as well as excellent cycling stability. The results demonstrated that the hedgehog-like structure provides Mo-NiCo2O4 with the high surface area and mesopores that enhance electrolyte diffusion and optimal active site exposure. The in-situ Raman spectra and density functional theory calculations show that the Mo cations doping improve the intrinsic conductivity of the NiCo2O4 while modulating the chemisorption of intermediates. Meanwhile, the energy barriers of *OH and O* formation decrease significantly after Mo doping, effectively facilitating water dissociation and optimizing the reaction kinetics.
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