Ni-NiO Heterojunction: A Binder-Free Catalyst for Enhanced Oxygen Evolution Reaction

作者
Nastaran Farahbakhsh,Majid Shahsanaei,Patrick Hartwich,Shiva Mohajernia,Manuela Sonja Killian,Seyedsina Hejazi
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:10 (35): 39451-39462 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsomega.4c10355
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide In this study, we applied a two-step electrochemical anodization process to produce highly porous nanostructured nickel suboxides. We then annealed these materials in different environments: air, Ar, and Ar/H 2 . Annealing in a reductive environment (Ar/H 2 ) resulted in a Ni-NiO heterojunction with a high defect density, as confirmed by the Mott–Schottky analysis. Our results demonstrate that these defects and active sites significantly enhance the electrocatalytic activity for the oxygen evolution reaction (OER). Utilizing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), and electrochemical analysis, we demonstrate that the heterojunction system containing Ni-NiO, formed through annealing in an Ar/H 2 atmosphere, acts as a highly efficient electrocatalyst for the OER. This catalyst achieves an impressively low overpotential of 293 mV at 10 mA cm –2, a Tafel slope of 74 mV dec –1, and exhibits outstanding stability, maintaining performance over 1000 cycles. Notably, our most optimized NiO x electrode outperforms the conventional reference RuO 2 electrode by a factor of 1.72. Our findings demonstrate the potential of binder-free Ni-NiO heterojunctions in developing high-performance electrocatalysts for alkaline electrolysis.
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