Enhanced Electrochemical Properties and OER Performances by Cu Substitution in NiCo2O4 Spinel Structure

析氧 塔菲尔方程 X射线光电子能谱 电化学 材料科学 尖晶石 法拉第效率 电极 电解质 化学工程 化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Hyerim Park,Byung Hyun Park,Jaeyoung Choi,Seyeon Kim,Taesung Kim,Young‐Sang Youn,Namgyu Son,Jae‐Hong Kim,Misook Kang
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:10 (9): 1727-1727 被引量:65
标识
DOI:10.3390/nano10091727
摘要

In order to improve the electrochemical performance of the NiCo2O4 material, Ni ions were partially substituted with Cu2+ ions having excellent reducing ability. All of the electrodes were fabricated by growing the Ni1−xCuxCo2O4 electrode spinel-structural active materials onto the graphite felt (GF). Five types of electrodes, NiCo2O4/GF, Ni0.875Cu0.125Co2O4/GF, Ni0.75Cu0.25Co2O4/GF, Ni0.625Cu0.375Co2O4/GF, and Ni0.5Cu0.5Co2O4/GF, were prepared for application to the oxygen evolution reaction (OER). As Cu2+ ions were substituted, the electrochemical performances of the NiCo2O4-based structures were improved, and eventually the OER activities were also greatly increased. In particular, the Ni0.75Cu0.25Co2O4/GF electrode exhibited the best OER activity in a 1.0 M KOH alkaline electrolyte: the cell voltage required to reach a current density of 10 mA cm−2 was only 1.74 V (η = 509 mV), and a low Tafel slope of 119 mV dec−1 was obtained. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of Ni1−xCuxCo2O4/GF before and after OER revealed that oxygen vacancies are formed around active metals by the insertion of Cu ions, which act as OH-adsorption sites, resulting in high OER activity. Additionally, the stability of the Ni0.75Cu0.25Co2O4/GF electrode was demonstrated through 1000th repeated OER acceleration stability tests with a high faradaic efficiency of 94.3%.
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