Oxidization-induced structural optimization of Ni3Fe-N-C derived from 3D covalent organic framework for high-efficiency and durable oxygen evolution reaction

催化作用 析氧 材料科学 合理设计 共价键 电导率 多孔性 热解 化学工程 纳米技术 化学 电极 电化学 有机化学 复合材料 物理化学 工程类
作者
Haibing Meng,Bin Wu,Tianxiao Sun,Long Wei,Yunlong Zhang,Bo Liu,Kai Chen,Zhen‐Bo Wang,Shuhui Sun,Chunru Wang,Xian‐Ming Zhang
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:16 (5): 6710-6720 被引量:14
标识
DOI:10.1007/s12274-023-5475-7
摘要

NiFe composites have been regarded as promising candidates to replace commercial noble-based electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER). However, their practical applications still suffer from poor conductivity, limited activity, and durability. To address these issues, herein, by utilizing three-dimensional covalent organic framework (3D-COF) with porous confined structures and abundant coordinate N sites as the precursor, the partially oxidized Ni3Fe nanoalloys wrapped by N-doped carbon (N-C) layers are constructed via simple pyrolysis and subsequent oxidization. Benefiting from the 3D curved hierarchical structure, high-conductivity of Ni3Fe and N-C layers, and well-distributed active sites, the as-synthesized O-Ni3Fe-N-C catalyst demonstrates excellent activity and durability for catalyzing OER. Experimental and theoretical analyses disclose that both high-temperature oxidization and the OER process greatly promote the formation and exposure of the Ni(Fe)OOH active species as well as lower charge transfer resistance, inducing its optimized OER activity. The robust graphitized N-C layers with superior conductivity and their couplings with oxidized Ni3Fe nanoalloys are beneficial for stabilizing catalytic centers, thereby imparting O-Ni3Fe-N-C with such outstanding stability. This work not only provides a rational guidance for enriching and stabilizing high-activity catalytic sites towards OER but also offers more insights into the structural evolution of NiFe-based OER catalysts.
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