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Tuning Electronic Structure and Composition of FeNi Nanoalloys for Enhanced Oxygen Evolution Electrocatalysis via a General Synthesis Strategy

电催化剂 过电位 塔菲尔方程 析氧 三元运算 五元 材料科学 化学工程 纳米颗粒 电化学 纳米技术 合金 物理化学 冶金 化学 电极 工程类 计算机科学 程序设计语言
作者
Yong Wang,Wei Nong,Na Gong,Teddy Salim,Mingchuan Luo,Teck Leong Tan,Kedar Hippalgaonkar,Zheng Liu,Yizhong Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (41) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202203340
摘要

Abstract Developing low‐cost and efficient oxygen evolution electrocatalysts is key to decarbonization. A facile, surfactant‐free, and gram‐level biomass‐assisted fast heating and cooling synthesis method is reported for synthesizing a series of carbon‐encapsulated dense and uniform FeNi nanoalloys with a single‐phase face‐centered‐cubic solid‐solution crystalline structure and an average particle size of sub‐5 nm. This method also enables precise control of both size and composition. Electrochemical measurements show that among Fe x Ni (1− x ) nanoalloys, Fe 0.5 Ni 0.5 has the best performance. Density functional theory calculations support the experimental findings and reveal that the optimally positioned d‐band center of O‐covered Fe 0.5 Ni 0.5 renders a half‐filled antibonding state, resulting in moderate binding energies of key reaction intermediates. By increasing the total metal content from 25 to 60 wt%, the 60% Fe 0.5 Ni 0.5 /40% C shows an extraordinarily low overpotential of 219 mV at 10 mA cm −2 with a small Tafel slope of 23.2 mV dec −1 for the oxygen evolution reaction, which are much lower than most other FeNi‐based electrocatalysts and even the state‐of‐the‐art RuO 2 . It also shows robust durability in an alkaline environment for at least 50 h. The gram‐level fast heating and cooling synthesis method is extendable to a wide range of binary, ternary, quaternary nanoalloys, as well as quinary and denary high‐entropy‐alloy nanoparticles.
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