High-Entropy Oxide Derived from Metal–Organic Framework as a Bifunctional Electrocatalyst for Efficient Urea Oxidation and Oxygen Evolution Reactions

析氧 电催化剂 材料科学 过电位 催化作用 双功能 塔菲尔方程 氧化物 化学工程 无机化学 热稳定性 金属 物理化学 电化学 化学 电极 有机化学 冶金 工程类
作者
Shemsu Ligani Fereja,Ziwei Zhang,Zhongying Fang,Jin-Han Guo,Xiaohui Zhang,Kaifan Liu,Zong‐Jun Li,Wei Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (34): 38727-38738 被引量:134
标识
DOI:10.1021/acsami.2c09161
摘要

High-entropy oxides (HEOs) offer unique features through a combination of incompatible metal cations to a single crystalline lattice. Owing to their special characteristics such as abundant cation compositions, high entropy stabilization, chemical and thermal stability, and lattice distortion effect, they have drawn ever-increasing attention for various applications. However, very few studies have been reported for catalytic application, and developing HEOs with large surface areas for efficient catalytic application is still in infancy. Herein, we design nanostructured HEO of (FeNiCoCrCu)3O4 using metal-organic frameworks (MOFs) as sacrificial templates to achieve a large surface area, high density of exposed active sites, and more oxygen vacancies. Single-crystalline phase HEOs with surface area as large as 206 m2 g-1 are produced and further applied as bifunctional electrocatalysts for the urea oxidation reaction (UOR) and oxygen evolution reaction (OER). Benefiting from enhanced oxygen vacancies and a large surface area with abundant exposed active sites, the optimized HEO exhibited excellent electrocatalytic activity toward UOR with a very low potential of 1.35 V at the current density of 10 mA cm-2 and showed long-term stability for 36 h operation, making a significant catalytic performance over previously reported HEOs. Moreover, the HEO demonstrated an efficient catalytic performance toward OER with a low overpotential of 270 mV at 10 mA cm-2 and low Tafel slope of 49 mV dec-1. The excellent catalytic activity is ascribed to the starting MOF precursor and favorable high-entropy effect.
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