Conductivity Modulation of 3D‐Printed Shellular Electrodes through Embedding Nanocrystalline Intermetallics into Amorphous Matrix for Ultrahigh‐Current Oxygen Evolution

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作者
Shuai Chang,Yu Zhang,Bangmin Zhang,Xun Cao,Lei Zhang,Xiaolei Huang,Wanheng Lu,Chun Yee Aaron Ong,Shuang Yuan,Chaojiang Li,Yizhong Huang,Kaiyang Zeng,Liqun Li,Wentao Yan,Jun Ding
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (28) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/aenm.202100968
摘要

Abstract Scaling up commercial hydrogen production by water electrolysis requires efficient oxygen evolution reaction (OER) electrodes that can deliver large current densities (more than 500 mA cm −2 ) at low overpotentials. Here, a highly active and conductive shell‐based cellular (Shellular) electrode is developed through a strategy of embedding nanocrystalline Ni 3 Nb intermetallics into an amorphous NiFe‐OOH matrix. The tailor‐made laser remelting process enables the dispersive precipitation of corrosion‐resistant nanocrystalline Ni 3 Nb in large numbers. After in situ electrochemical activation in the self‐developed growth‐mode‐control electrolyte, the amorphous NiFe‐OOH nanosheets and nanocrystalline Ni 3 Nb are formed on the as‐printed Inconel 718. The conductive atomic force microscopy (C‐AFM) studies and density functional theory (DFT) calculations elucidate that nanocrystalline Ni 3 Nb can simultaneously enhance the conductivity and activity of the catalyst film. Additionally, a Shellular structure inspired by nature is designed, interestingly, its specific surface area keeps constant with increases in porosity. This design can result in a large surface area and high porosity but with less material cost. Using this electrochemically activated Shellular electrode for OER, a high current density of 1500 mA cm −2 is achieved at a record‐low overpotential of 261 mV with good durability. This development may open the door for large‐scale industrial water electrolysis.
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