Facile preparation of hierarchical Ni@Mn-doped NiO hybrids for efficient and durable oxygen evolution reaction

非阻塞I/O 过电位 析氧 煅烧 兴奋剂 塔菲尔方程 贵金属 化学工程 材料科学 化学 金属 纳米技术 催化作用 冶金 物理化学 光电子学 有机化学 电化学 工程类 电极
作者
Yi Liu,Liang Bai,Qiqi Jia,Peitong Li,Yan Yao,Ningkai Yuan,Xiaodong Hao
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:34 (5): 107855-107855 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2022.107855
摘要

Exploring highly efficient and non-noble-metal-based electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) is of great importance not only for water splitting but also for rechargeable metal-air batteries and fuel cells. Herein, we describe a simple strategy to prepare hierarchical Ni@Mn-doped NiO hybrids using flower-like Ni-Mn layered double hydroxides (NiMn-LDHs) as a precursor. After calcination at 400 °C for an hour under N2 atmosphere, the flower-like NiMn-LDHs transform to porous microspheres consisting of nanoparticles, in which Ni cores are encapsulated by Mn-doped NiO shells (denoted as Ni@Mn-NiO-400). Benefiting to this unique porous, core-shell structures and element doping, the as-prepared Ni@Mn-NiO-400 hybrid shows a low overpotential of 178 mV at the current density of 10 mA/cm2 and Tafel slope of 52.7 mV/dec in 1 mol/L KOH solution. More significantly, the Ni@Mn-NiO-400 hybrid also demonstrates superior stability of 98.6% after 50 h continuously testing, much higher than pristine NiMn-LDHs and commercial IrO2 catalyst. In addition, theoretical simulation shows that Ni core and Mn doping greatly affect the electronic states and electronic structure of NiO. As a result, Ni@Mn-doped NiO hybrid possesses an optimal adsorption activity towards oxygen species than NiO and undoped Ni@NiO hybrid. Considering the compositional and structural flexibility of LDHs, this work may offer a simple method to prepare other non-noble metal-based electrocatalysts for OER.
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