Fully Oxidized Ni–Fe Layered Double Hydroxide with 100% Exposed Active Sites for Catalyzing Oxygen Evolution Reaction

氢氧化物 催化作用 析氧 化学 活动站点 层状双氢氧化物 无机化学 氧气 有机化学 物理化学 电极 电化学
作者
Chunguang Kuai,Yan Zhang,Deyao Wu,Dimosthenis Sokaras,Linqin Mu,Stephanie Spence,Dennis Nordlund,Feng Lin,Xi‐Wen Du
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:9 (7): 6027-6032 被引量:171
标识
DOI:10.1021/acscatal.9b01935
摘要

Ni–Fe layered double hydroxides (LDHs) are promising for catalyzing the oxygen evolution reaction (OER) in alkaline media. However, the OER mechanism is highly debated, partially because of the lack of an ideal catalyst with 100% exposed active sites for unambiguous characterization. Herein, we develop an alcohol intercalation method to prepare ultrathin Ni–Fe LDH with a 1/3 unit-cell thickness and 100% exposed active sites. The ultrathin LDH catalyst exhibits an intrinsic activity similar to the bulk LDH and allows a direct and reliable characterization of the catalyst without any interference from "bulk" inactive species. Operando synchrotron X-ray analysis indicates that the metallic ions in ultrathin Ni–Fe LDH are fully oxidized into tetravalence states at low applied potentials and that the OER occurs on the tetravalent Ni and Fe ions following a decoupled proton/electron mechanism. Our findings demonstrate that a full oxidization of metal ions is crucial for highly active NiFe LDHs and that it can be accomplished by engineering ultrathin nanostructures.
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