One-pot synthesis of Mn–Fe bimetallic oxide heterostructures as bifunctional electrodes for efficient overall water splitting

双功能 双金属片 分解水 材料科学 氧化物 催化作用 无机化学 化学工程 异质结 电极 纳米技术 光电子学 化学 冶金 光催化 物理化学 工程类 生物化学 金属
作者
Juan Luo,Wan Hui Guo,Qing Zhang,Xiao Hu Wang,Shen Li,Hong Fu,Li Li Wu,Xiaohong Chen,Hong Qun Luo,Nian Bing Li
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (38): 19992-20001 被引量:48
标识
DOI:10.1039/d0nr05864e
摘要

The design of Earth-abundant and cost-effective electrocatalysts for highly active and stable electrochemical water splitting in practical production is the primary demand. Herein, bimetallic oxides anchored to three-dimensional (3D) porous conductive nickel foam (NF) are constructed using a simple in situ hydrothermal method for efficient overall water splitting. The vertically aligned Mn3O4/Fe2O3 heterojunction nanosheets have synergy between hierarchical metal oxides and heterogeneous interface, and show excellent performance toward the oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) in an alkaline environment. By adjusting the molar ratio of Fe : Mn, the morphology, composition and electronic structure of MnFeO-NF-x composites (x represents the ratio of Fe : Mn) can be adjusted to exhibit diverse catalytic activities. In particular, MnFeO-NF-0.4 (0.4 indicates the Fe : Mn ratio of 0.4 : 1) and MnFeO-NF-0.8 display outstanding performance with ultralow overpotentials of 157 mV for the OER and 64 mV for the HER to achieve a current density of 10 mA cm-2, respectively. Furthermore, MnFeO-NF-0.4 and MnFeO-NF-0.8 are assembled into a water splitting electrolyzer, which can reach a current density of 10 mA cm-2 with a low voltage of 1.59 V. Interestingly, Mn-M (M = Co, Ni, and Mo) products can be obtained easily by using different metal salts, indicating the universality of the current one-pot hydrothermal method.
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