p–n-Type LaCoO3/NiFe LDH Heterostructures for Enhanced Photogenerated Carrier-Assisted Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction

材料科学 析氧 异质结 氧气 电催化剂 氧还原反应 光化学 无机化学 化学工程 光电子学 电极 物理化学 电化学 化学 工程类 有机化学
作者
Hao Cui,Shijie Jia,Tingting Du,Jiaqing Liu,Lin Xing,Xin Zhang,Fengchun Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (51): 70477-70488 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.4c13756
摘要

The oxygen evolution reaction (OER) poses a significant kinetic challenge for various critical energy conversion and storage technologies including electrocatalytic water splitting and metal–air batteries. In this study, a LaCoO3/NiFe layered double hydroxide (LDH) catalyst was synthesized through the in situ growth of n-type NiFe LDH on the surface of the p-type LaCoO3 semiconductor, resulting in a p–n heterostructure for a photogenerated carrier-assisted electrocatalytic OER (PCA-eOER). The alignment of their band structures facilitates the formation of an internal electric field at the heterojunction interface, which promotes the creation of oxygen vacancies and enhances electron transport. Under illumination, the expanded visible-light absorption range and built-in electric field work synergistically to improve the generation and separation of photogenerated carriers. Meanwhile, the accumulation of photogenerated holes on the surface of NiFe LDH results in an enhancement in the concentration of high-valent active metal sites, resulting in a boost in the PCA-eOER efficiency. The LaCoO3/NiFe LDH has achieved an overpotential of 260 mV at the current density of 10 mA cm–2, 50 mV lower than in the absence of illumination. In addition, LaCoO3/NiFe LDH was assembled into an alkaline water electrolyzer and zinc–air batteries (ZABs), showing excellent practical application capability. We explored the application of LaCoO3 in a PCA-eOER, which provides a concept for designing PCA-eOER catalysts and advancing the development of perovskite-based catalysts for clean energy conversion technology.
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