Amorphous-crystalline interface coupling induced highly active ultrathin NiFe oxy-hydroxide design towards accelerated alkaline oxygen evolution

化学 无定形固体 氢氧化物 催化作用 氧气 析氧 联轴节(管道) 化学工程 无机化学 结晶学 物理化学 冶金 有机化学 材料科学 电化学 工程类 电极
作者
Hongyu Wang,Hao Sun,Shuyi Cao,Yanji Wang,Xiaohang Du,Jingde Li
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:430: 115354-115354 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2024.115354
摘要

Amorphous NiFe-based oxyhydroxides can provide abundant active sites for oxygen evolution reaction (OER) in alkaline water splitting, but their disordered atomic arrangement leads to severe charge accumulation and electrochemical polarization at high current density. To address this issue, a crystalline Fe2O3 supported ultrathin amorphous NiFe oxy-hydroxide amorphous-crystalline interface coupling design is proposed. In this design, the interfacial Fe3+ in Fe2O3 as a strong Lewis acid is conducive for trapping the electrons in amorphous NiFe(OH)x, reducing the surface charge accumulation, electrochemical polarization, and improves its OER performance. Meanwhile, in-situ Raman, in-situ IR and XPS analysis reveal that, the electrons transfer is accompanied with Ni2+ oxidation into the highly OER active Ni3+ species. Benefited from this design, the OER overpotentials of the resulting NiFe(OH)x/Fe2O3NAs catalyst are measured to be 111 and 233 mV at 10 and 100 mA cm−2, respectively, superior than many reported OER electrocatalysts. The anion exchange membrane water electrolyzer using NiFe(OH)x/Fe2O3NAs delivers a current density of 600 mA cm−2 at a small cell voltage of 1.75 V, and exhibits excellent stability performance in high-current–density condition. This work provides a promising alternative strategy for the development of high-performance amorphous OER catalysts.
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