In situ constructing lamella‐heterostructured nanoporous CoFe/CoFe 2 O 4 and CeO 2− x as bifunctional electrocatalyst for high‐current‐density water splitting

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作者
Yue Deng,Jin Wang,Shaofei Zhang,Zhijia Zhang,Jinfeng Sun,Tiantian Li,Jian-Li Kang,Hao Liu,Shi Bai
出处
期刊:Rare Metals [Springer Science+Business Media]
卷期号:44 (2): 1053-1066 被引量:15
标识
DOI:10.1007/s12598-024-02926-z
摘要

Abstract The stability and electrocatalytic efficiency of transition metal oxides for water splitting is determined by geometric and electronic structure, especially under high current densities. Herein, a newly designed lamella‐heterostructured nanoporous CoFe/CoFe 2 O 4 and CeO 2− x , in situ grown on nickel foam (NF), holds great promise as a high‐efficient bifunctional electrocatalyst (named R‐CoFe/Ce/NF) for water splitting. Experimental characterization verifies surface reconstruction from CoFe alloy/oxide to highly active CoFeOOH during in situ electrochemical polarization. By virtues of three‐dimensional nanoporous architecture and abundant electroactive CoFeOOH/CeO 2− x heterostructure interfaces, the R‐CoFe/Ce/NF electrode achieves low overpotentials for oxygen evolution ( η 10 = 227 mV; η 500 = 450 mV) and hydrogen evolution ( η 10 = 35 mV; η 408 = 560 mV) reactions with high normalized electrochemical active surface areas, respectively. Additionally, the alkaline full water splitting electrolyzer of R‐CoFe/Ce/NF||R‐CoFe/Ce/NF achieves a current density of 50 mA·cm −2 only at 1.75 V; the decline of activity is satisfactory after 100‐h durability test at 300 mA·cm −2 . Density functional theory also demonstrates that the electron can transfer from CeO 2− x by virtue of O atom to CoFeOOH at CoFeOOH/CeO 2− x heterointerfaces and enhancing the adsorption of reactant, thus optimizing electronic structure and Gibbs free energies for the improvement of the activity for water splitting.
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