Fe-doping and oxygen vacancy achieved by electrochemical activation and precipitation/dissolution equilibrium in NiOOH for oxygen evolution reaction

析氧 无机化学 氢氧化物 催化作用 电化学 电解质 电催化剂 氧化物 化学 溶解 氧化镍 循环伏安法 材料科学 电极 物理化学 有机化学 生物化学
作者
Jingyi Xie,Jie Zhao,Jun-Qi Han,Fuli Wang,Xuejun Zhai,Jun Nan,S. L. Wang,Yong‐Ming Chai,Bin Dong
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:652 (Pt B): 1588-1596 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.08.194
摘要

The poor conductivities and instabilities of accessible nickel oxyhydroxides hinder their use as oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts. Herein, we constructed Fe-NiOOH-OV-600, an Fe-doped nickel oxide hydroxide with abundant oxygen vacancies supported on nickel foam (NF), using a hydrothermal method and an electrochemical activation strategy involving 600 cycles of cyclic voltammetry, assisted by the precipitation/dissolution equilibrium of ferrous sulfide (FeS) in the electrolyte. This two-step method endows the catalyst with abundant Fe-containing active sites while maintaining the ordered structure of nickel oxide hydroxide (NiOOH). Characterization and density functional theory (DFT) calculations revealed that synergy between trace amounts of the Fe dopant and the oxygen vacancies not only promotes the generation of reconstructed active layers but also optimizes the electronic structure and adsorption capacity of the active sites. Consequently, the as-prepared Fe-NiOOH-OV-600 delivered large current densities of 100 and 1000 mA cm−2 for the OER at overpotentials of only 253 and 333 mV in 1 mol/L KOH. Moreover, the catalyst is stable for at least 100 h at 500 mA cm−2. This work provides insight into the design of efficient transition-metal-based electrocatalysts for the OER.
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