Composition‐Dependent Morphology, Structure, and Catalytical Performance of Nickel–Iron Layered Double Hydroxide as Highly‐Efficient and Stable Anode Catalyst in Anion Exchange Membrane Water Electrolysis

材料科学 氢氧化物 阳极 催化作用 电解 层状双氢氧化物 离子交换 化学工程 电解水 无机化学 形态学(生物学) 离子 冶金 电极 电解质 有机化学 化学 物理化学 工程类 遗传学 生物化学 生物
作者
Wulyu Jiang,Alaa Y. Faid,Bruna Ferreira Gomes,И. В. Галкина,Lu Xia,Carlos Manuel Silva Lobo,Morgane Desmau,Patrick Borowski,Heinrich Hartmann,Artjom Maljusch,Astrid Besmehn,Christina Roth,Svein Sunde,Werner Lehnert,Meital Shviro
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (38) 被引量:89
标识
DOI:10.1002/adfm.202203520
摘要

Abstract Water splitting is an environmentally friendly strategy to produce hydrogen but is limited by the oxygen evolution reaction (OER). Therefore, there is an urgent need to develop highly efficient electrocatalysts. Here, NiFe layered double hydroxides (NiFe LDH) with tunable Ni/Fe composition exhibit corresponding dependent morphology, layered structure, and chemical states, leading to higher activity and better stability than that of conventional NiFe LDH‐based catalysts. The characterization data show that the low overpotentials (249 mV at 10 mA cm –2 ), ultrasmall Tafel slopes (24 mV dec –1 ), and high current densities of Ni 3 Fe LDH result from the larger fraction of trivalent Fe 3+ and the optimized local chemical environment with more oxygen coordination and ordered atomic structure for the metal site. Owing to the active intermediate species, Ni(Fe)OOH, under OER conditions and a reversible dynamic phase transition during the cycling process, the Ni 3 Fe LDH achieves a high current density of over 2 A cm –2 at 2.0 V, and durability of 400 h at 1 A cm –2 in a single cell test. This work provides insights into the relationship between the composition, electronic structure of the layer, and electrocatalytic performance, and offers a scalable and efficient strategy for developing promising catalysts to support the development of the future hydrogen economy.
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