Open-Microcolumn Array: A Novel Approach for Enhanced Electrocatalytic Bubble Desorption in Microreactors

材料科学 超亲水性 电解质 镍 催化作用 化学工程 过电位 电极 解吸 微型反应器 分解水 电催化剂 润湿 吸附 电化学 复合材料 光催化 化学 冶金 物理化学 有机化学 工程类
作者
Yibing Ma,Yaya Zhou,Yaqing Xie,Ningxuan Jin,Yushuang Cui,Yi-qiang Qin,Haixiong Ge
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (40): 47790-47798 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.3c09901
摘要

High-efficiency electrocatalytic water splitting requires high intrinsic activity of catalysts and even more importantly favorable mass transfer. However, gas bubbles adhering to the surface of catalysts limit the re-expose of catalytic active sites to the electrolyte and reduce the catalytic activities. The efficient desorption of bubbles can be facilitated by a hierarchical multiscale structure of the electrode surface. Herein, we report an opened periodic three-dimensional electrode composed of iron (Fe)-cobalt (Co)-nickel (Ni) (oxy)hydroxide nanorods (NRs) grown in situ on a high aspect ratio nickel microcolumn array (NCA) for electrocatalytic water splitting. Compared with the flat nickel plate, the NCA not only increases the surface area for catalyst loading but also improves the wettability of the electrolyte on the electrode surface, exhibiting superhydrophilicity/superaerophobicity (the electrolyte and the bubble contact angles were about ∼0 and 163°, respectively), which accelerates the bubble evolution and desorption process. The X-ray photoelectron spectroscopy indicates that the synergy of Fe–Co–Ni could enhance the ratio of Co 3+ /Co 2+ and Ni 3+ /Ni 2+ and promote the electrocatalytic activity. Benefiting from the microstructure design and synergistic effects, the Co 4 Fe 0.5 Ni 0.5 OOH-NR@NCA electrode achieves a superior OER performance with an overpotential of 199 mV at 10 mA·cm –2 .
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