Potential Pulsing-Induced Fe Undercoordination in NiFe (Oxy)Hydroxide Enhances Electrochemical Oxygen Evolution

化学 电化学 析氧 氧气 限制 电解水 电解 催化作用 氧化还原 金属 离子 分解水 纳米技术 无机化学 化学工程 水溶液中的金属离子 吸收(声学) 过渡金属 表征(材料科学) X射线吸收光谱法 电极
作者
Zhi‐Peng Wu,Shouwei Zuo,Ruitao Wu,Cailing Chen,Zhao Xiaojuan,Yuanfu Ren,Xiangyun Xiao,Jing Zhang,Javier Ruiz-Martı́nez,Zhi‐Pan Liu,Huabin Zhang,Yu Han
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (40): 36763-36773 被引量:54
标识
DOI:10.1021/jacs.5c12507
摘要

Undercoordinated metal centers serve as key catalytic sites for the oxygen evolution reaction (OER) in water electrolysis. However, their inherent instability under oxidative conditions leads to rapid deactivation, limiting practical applications. Here, we demonstrate that reductive potential pulsing (RPP) is an effective strategy for generating and sustaining highly active undercoordinated Fe species in NiFe (oxy)hydroxide (NiFeOOH) during prolonged OER operation. Implementing this approach in an anion exchange membrane water electrolyzer enables a remarkable 40% enhancement in current density, achieving stable operation at 0.7 A/cm 2 for 180 h. A key insight from operando X-ray absorption characterization reveals that the OER activity of NiFeOOH is directly correlated with dynamically modulated Fe coordination, while the chemical state of Ni remains largely unchanged during OER and RPP processes. Beyond providing new insights into the long-standing debate over NiFeOOH active sites, this study introduces a practical approach to enhancing both activity and stability, with potential applicability to other electrochemical systems.
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