Direct Electroplating Ruthenium Precursor on the Surface Oxidized Nickel Foam for Efficient and Stable Bifunctional Alkaline Water Electrolysis

析氧 分解水 材料科学 双功能 碱性水电解 无机化学 电解 催化作用 电解水 氧化钌 化学工程 电催化剂 电极 电化学 化学 电解质 冶金 物理化学 光催化 工程类 生物化学
作者
Changqing Li,Bumseop Kim,Zhongping Li,Ranjit Thapa,Yifan Zhang,Jeong‐Min Seo,Runnan Guan,Feng Tang,Jaehoon Baek,Young Hyun Kim,Jong‐Pil Jeon,Noejung Park,Jong‐Beom Baek
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (31) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adma.202403151
摘要

Abstract Water electrolysis to produce hydrogen (H 2 ) using renewable energy is one of the most promising candidates for realizing carbon neutrality, but its reaction kinetics is hindered by sluggish anodic oxygen evolution reaction (OER). Ruthenium (Ru) in its high‐valence state (oxide) provides one of the most active OER sites and is less costly, but thermodynamically unstable. The strong interaction between Ru nanoparticles (NPs) and nickel hydroxide (Ni(OH) 2 ) is leveraged to directly form Ru–Ni(OH) 2 on the surface of a porous nickel foam (NF) electrode via spontaneous galvanic replacement reaction. The formation of Ru─O─Ni bonds at the interface of the Ru NPs and Ni(OH) 2 (Ru–Ni(OH) 2 ) on the surface oxidized NF significantly enhance stability of the Ru–Ni(OH) 2 /NF electrode. In addition to OER, the catalyst is active enough for the hydrogen evolution reaction (HER). As a result, it is able to deliver overpotentials of 228 and 15 mV to reach 10 mA cm −2 for OER and HER, respectively. An industry‐scale evaluation using Ru–Ni(OH) 2 /NF as both OER and HER electrodes demonstrates a high current density of 1500 mA cm −2 (OER: 410 mV; HER: 240 mV), surpassing commercial RuO 2 (OER: 600 mV) and Pt/C based performance (HER: 265 mV).
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