Cerium‐Modified Cobalt Iron Alloy for Enhanced Alkaline Water Splitting Performance

合金 分解水 无机化学 材料科学 化学 冶金 化学工程 催化作用 有机化学 光催化 工程类
作者
Yanbing Huang,Jiawen Wang,Zongli Gu,Yan Liu,Jinli Zhang,Fuxi Bao
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:18 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/cctc.202501038
摘要

Abstract Developing efficient nonprecious metal catalysts for alkaline water splitting is crucial. Herein, cerium (Ce)‐modified CoFe alloy‐hydroxide catalysts (Ce 24% ‐CFAH/NF and Ce 2% ‐CFAH/NF) with oxygen vacancies are synthesized via electrodeposition. Ce introduction significantly enhances catalyst turnover frequency (TOF). For oxygen evolution reaction (OER), Ce 24% ‐CFAH/NF achieves a TOF of 0.77 s −1 at 1.50 V versus RHE, vastly exceeding CoFe/NF (0.03 s −1 ). For hydrogen evolution reaction (HER), Ce 2% ‐CFAH/NF achieves 0.66 s −1 at −0.25 V versus RHE, outperforming CoFe/NF (0.22 s −1 ). Consequently, Ce 24% ‐CFAH/NF exhibits excellent OER performance (η 10 = 227 mV, Tafel slope = 32.5 mV dec −1 ), requiring only 290 mV overpotential for 500 mA cm −2 with 85 h stability. Ce 2% ‐CFAH/NF shows superior HER performance ( η 10 = 100 mV, Tafel slope = 60.7 mV dec −1 ). An electrolyzer using both catalysts require only 1.63 V for 10 mA cm −2 and maintains stability (∼100 mA cm −2 for 24 h). The enhanced OER performance is attributed to high oxygen vacancies (3.0 × 10 12 spins/mg) and TOF (0.77 s −1 ), while the HER performance stems from high TOF (0.66 s −1 ) and large electrochemically active surface area (ECSA: 2.35 mF cm −2 / 58.75 cm 2 ). Furthermore, in situ Raman spectroscopy reveals the generation of highly reactive CoFeOOH phases during the OER process.
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