High-density electron transfer in Ni-metal–organic framework@FeNi-layered double hydroxide for efficient electrocatalytic oxygen evolution

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作者
Tingting Wei,Jie Bie,Wenqing Wei,Shuang Chen,Xiaobing Xu,Wei Fa,Xinglong Wu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:642: 505-512 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.153
摘要

The electrochemical oxygen evolution reaction is a bottleneck reaction in hydrolysis and electrolysis because the four-step electron transfer leads to slow reaction kinetics and large overpotentials. This situation can be improved by fast charge transfer by optimizing the interfacial electronic structure and enhancing polarization. Herein, a unique metal (Ni) organic (diphenylalanine, DPA) framework Ni(DPA)2 (Ni-MOF) with tunable polarization is designed to bond with FeNi-LDH (layered double hydroxides) nanoflakes. The Ni-MOF@FeNi-LDH heterostructure delivers excellent oxygen evolution performance exemplified by an ultralow overpotential of 198 mV at 100 mA cm-2 compared to other (FeNi-LDH)-based catalysts. Experiments and theoretical calculations show that FeNi-LDH exists in an electron-rich state in Ni-MOF@FeNi-LDH due to polarization enhancement caused by interfacial bonding with Ni-MOF. This effectively changes the local electronic structure of the metal Fe/Ni active sites and optimizes adsorption of the oxygen-containing intermediates. Polarization and electron transfer of Ni-MOF are further enhanced by magnetoelectric coupling consequently giving rise to better electrocatalytic properties as a result of high-density electron transfer to active sites. These findings reveal a promising interface and polarization modulation strategy to improve electrocatalysis.
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