Cerium-Doped NiFe Hydroxides Enabling Hybrid Pathways for Durable Alkaline Water Oxidation under Fluctuating Power

材料科学 碱性电池 兴奋剂 层状双氢氧化物 无机化学 化学工程 化学 冶金 电解质 氢氧化物 电极 光电子学 物理化学 工程类
作者
Suwen Wang,Binbin Lin,Menghui Qi,Jiadong Chen,Xiangbowen Du,Shanjun Mao,Yong Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (35): 31915-31928 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c12459
摘要

In this work, we present a cerium-substituted NiFe-layered double hydroxide (NiFe-Ce LDH) that synergistically activates both the adsorbate evolution mechanism (AEM) and a localized lattice-oxygen mechanism (LOM) for efficient alkaline water oxidation. Atomic Ce incorporation induces charge redistribution through Ce 4f –O 2p interactions, stabilizing Fe sites and upshifting the O 2p band to enable controlled lattice-oxygen redox without structural collapse. In situ ATR-SEIRAS and DEMS measurements confirm the simultaneous formation of *OOH and OO* intermediates, indicating the hybrid pathway. The optimized NiFe-Ce LDH achieves an overpotential of 220 mV at 10 mA cm – 2 and sustains 500 mA cm – 2 operation for 650 h. In a membrane-electrode assembly electrolyzer, it delivers 20 A for over 800 h with only a 0.1 V increase after 850 h. Under simulated wind-power voltage fluctuations (1.45–2.25 V), the catalyst maintains stable performance and demonstrates potential for sustainable hydrogen production in dynamic energy environments.
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