Promoting nickel oxidation state transitions in single-layer NiFeB hydroxide nanosheets for efficient oxygen evolution

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作者
Yuke Bai,Yu Wu,Xichen Zhou,Yifan Ye,Kaiqi Nie,Jiaou Wang,Miao Xie,Zhixue Zhang,Zhaojun Liu,Tao Cheng,Chuanbo Gao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:193
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33846-0
摘要

Abstract Promoting the formation of high-oxidation-state transition metal species in a hydroxide catalyst may improve its catalytic activity in the oxygen evolution reaction, which remains difficult to achieve with current synthetic strategies. Herein, we present a synthesis of single-layer NiFeB hydroxide nanosheets and demonstrate the efficacy of electron-deficient boron in promoting the formation of high-oxidation-state Ni for improved oxygen evolution activity. Raman spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy, and electrochemical analyses show that incorporation of B into a NiFe hydroxide causes a cathodic shift of the Ni 2+ (OH) 2 → Ni 3+δ OOH transition potential. Density functional theory calculations suggest an elevated oxidation state for Ni and decreased energy barriers for the reaction with the NiFeB hydroxide catalyst. Consequently, a current density of 100 mA cm –2 was achieved in 1 M KOH at an overpotential of 252 mV, placing it among the best Ni-based catalysts for this reaction. This work opens new opportunities in electronic engineering of metal hydroxides (or oxides) for efficient oxygen evolution in water-splitting applications.
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