Unveiling Surface Species Formed on Ni‐Fe Spinel Oxides During the Oxygen Evolution Reaction at the Atomic Scale

析氧 塔菲尔方程 电催化剂 X射线光电子能谱 材料科学 尖晶石 氧气 电化学 化学工程 化学 物理化学 电极 冶金 有机化学 工程类
作者
Weikai Xiang,Sheila Hernandez,Pouya Hosseini,Fan Bai,Ulrich Hagemann,Markus Heidelmann,Tong Li
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (25): e2501967-e2501967 被引量:13
标识
DOI:10.1002/advs.202501967
摘要

Abstract Optimizing electrocatalyst performance requires an atomic‐scale understanding of surface state changes and how those changes affect activity and stability during the reaction. This is particularly important for the oxygen evolution reaction (OER) since the electrocatalytically active surfaces undergo substantial reconstruction and transformation. Herein, a multimodal method is employed that combines X‐ray photoemission spectroscopy, transmission electron microscopy, atom probe tomography, operando surface‐enhanced Raman spectroscopy with electrochemical measurements to examine the surface species formed on NiFe 2 O 4 , P‐doped NiFe 2 O 4 and Ni 1.5 Fe 1.5 O 4 upon OER cycling. The activated NiFe 2 O 4 and P‐doped NiFe 2 O 4 exhibit a significantly lower Tafel slope (≈40 mV dec −1 ) than Ni 1.5 Fe 1.5 O 4 (≈90 mV dec −1 ), although oxyhydroxides are grown on all three Ni‐Fe spinels during OER. This is likely attributed to the formation of a ≈1 nm highly defective layer with a higher oxygen concentration on the activated NiFe 2 O 4 and P‐doped NiFe 2 O 4 nanoparticle surfaces (than that in bulk), which improves the charge transfer kinetics toward OER. Such surface species are not formed on Ni 1.5 Fe 1.5 O 4 . Overall, this study provides a mechanistic understanding of the role of Fe, P, and Ni in forming active oxygen species in the Ni‐based spinels toward OER.
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