The space-charge region at NiFe-MOF⊆LDH p-n junction by self-sacrificing LDH to boost oxygen evolution tandem with in-situ electro-Fenton

析氧 过电位 塔菲尔方程 电化学 纳米片 化学工程 材料科学 阳极 化学 电极 纳米技术 物理化学 工程类
作者
Na Zhang,Shi-Xian Guan,Qing Zhang,Jiarong Zhao,Jian‐Yong Zhang,Qinfei Ke,Yongzheng Fang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:473: 145223-145223 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.145223
摘要

The rational design of p-n heterojunction was highly desirable to optimize charge distribution at space-charge region, tailoring the adsorption free energy of intermediate matters, and to boost the oxygen evolution reaction (OER) and in situ electro-Fenton (EF) reaction. Herein, a self-sacrificing strategy has been employed to construct the NiFe-MOF⊆LDH nanosheet arrays on carbon cloth (CC), directly using NiFe-LDH as template. NiFe-MOF⊆LDH exhibited outperformed OER activity with a lower overpotential of 196 mV and smaller Tafel slope of 48 mV dec-1(η10). The conferred higher valence state for Ni3+ and the more carrier density to absorb more OH– ions confirmed by in-situ Raman and density functional theory (DFT) calculation endowed the excellent OER activity, which was expected to endow the self-oxygenation to support the following EF in this system without additional O2. An electrochemical flow reactor was designed for anodic OER and cathodic EF only at low voltage of 1.6 V. Typically, the in-situ H2O2 yield rate could achieve 27.4 mmol/h at cathodic ORR reaction, which was further activated by Fe2+/Fe3+ cycling for the heterogeneous Fenton reaction. This tandem reactor could remove 96% of ibuprofen (IBF) within 120 min with long-term cycle use. In a word, coupling the OER with EF in a flow reactor has possible application in the fields of sustainable energy and environmental remediation.
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