Ultrafast Room-Temperature Synthesis of Phosphate-Intercalated NiFe Layered Double Hydroxides for High-Performance Alkaline Seawater Oxidation

化学 层状双氢氧化物 海水 磷酸盐 无机化学 碱土金属 磷酸铁 化学工程 核化学 碱金属 有机化学 氢氧化物 海洋学 地质学 工程类
作者
Lin Ye,Zhipeng Chen,Xinyue Xu,Fei Ma,Kaicai Fan,Lingbo Zong,Lei Wang,Guanjun Chen,Xingwei Li,Tianrong Zhan
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (43): 20859-20869 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c03660
摘要

Quick and easy synthetic methods and highly efficient catalytic performance are equally important to anodic oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts for alkaline seawater electrolysis. Herein, we report a facile one-step route to in situ growing PO43- intercalated NiFe layered double hydroxides (NiFe-LDH) on Ni foam (denoted as NiFe-P/NF) by a room-temperature immersion for several minutes. This ultrafast approach transforms the NF surface into a rough PO43- intercalated NiFe-LDH overlayer, which demonstrates outstanding OER performance in both alkaline simulated and natural seawaters owing to good hydrophilic interface and the electrostatic repulsion of PO43- against Cl- anions. Density functional theory calculations reveal that the intercalated PO43- can not only promote electron transfer but also prevent Cl- from entering the interlayer and simultaneously inhibit the migration of Cl- over the NiFe-LDH surface. In alkaline simulated and natural seawater electrolytes, NiFe-P/NF needs low overpotentials of 248 and 298 mV to achieve a current density of 100 mA cm-2, respectively. NiFe-P/NF can stably run over 42 h in an alkaline high-salty electrolyte (1 M KOH + 2.5 M NaCl) at 250 mA cm-2, more than 70 times that of NiFe/NF (0.6 h), emphasizing the critical role of the intercalated PO43- anions on the excellent durability. This study offers a new strategy to modify commercial NF to prepare efficient and stable OER catalysts for seawater electrolysis.
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