Hierarchical NiFeMoO4 Precatalyst Reconstructed NiFeOOH Anodes for Efficient and Durable Anion-Exchange Membrane Water Electrolysis

材料科学 阳极 电解 离子 离子交换 膜 电解水 化学工程 无机化学 电极 有机化学 物理化学 电解质 化学 生物化学 工程类
作者
Xin Cui,Yunxuan Ding,Tang Tang,Linqin Wang,Feiyang Zhang,Peifeng Li,Licheng Sun,Biaobiao Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (20): 29659-29668 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.5c03491
摘要

Anion-exchange membrane water electrolysis (AEM-WE) offers a promising alternative for efficient water electrolysis, providing low-cost and high-purity hydrogen production. However, the slow reaction kinetics associated with the oxygen evolution reaction (OER) continue to pose a significant obstacle. In this work, we synthesized nanometer micron hierarchical NiFeMoO x as OER precatalysts, which were completely reconstructed into hierarchical NiFeOOH ( h- NiFeOOH), demonstrating remarkable OER activity, with overpotentials of 162/245 mV required to achieve current densities of 10/1000 mA cm –2 in 1.0 M KOH. Additionally, it demonstrated robust stability exceeding 1000 h at 1000 mA cm –2 . Furthermore, h- NiFeOOH demonstrated excellent long-term stability in AEM-WE, maintaining a current density of 1000 mA cm –2 at a cell voltage of 1.55 V (80 °C) for over 160 h and achieving a reliable performance beyond 1000 h at room temperature. In situ analyses, including X-ray absorption fine structure (XAFS), Raman spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), combined with density functional theory (DFT) calculations, reveal that the OER process of h- NiFeOOH primarily follows an adsorption evolution mechanism (AEM) at the Ni site. Meanwhile, Fe 3+ acts as a Lewis acid, promoting Ni valence and thereby enhancing the OER performance. This study emphasized the crucial role of precatalyst engineering for efficient NiFe-based catalysts and analyzed the role of Fe in the OER catalytic cycle.
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