Hierarchical nanocomposites of nickel/iron-layered double hydroxide ultrathin nanosheets strong-coupled with nanocarbon networks for enhanced oxygen evolution reaction

塔菲尔方程 材料科学 氢氧化物 石墨烯 纳米复合材料 析氧 过电位 催化作用 化学工程 碳纳米管 电子转移 电化学 纳米技术 电极 化学 光化学 有机化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Yin Xiong,Yani Hua,Wenbin Hao,Juan Yang,Zhan Gao
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:420: 140455-140455 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2022.140455
摘要

Nickel/iron-layered double hydroxide (NiFe-LDH) for oxygen evolution reaction (OER) was hindered insufficient active sites, low inherent conductivity and poor stability. Herein, we innovatively report a facile and cost-effective in situ synthesis strategy to prepare ultrathin NiFe-LDH nanosheets coupled onto hierarchical nanocarbon networks consisting of carbon nanotube and graphene nanoribbon (NiFe-LDH/[email protected]) forming a porous interconnected nanocomposite. Partial unzipping of CNT induced by strong oxidation leads to the creation of GNR nanolayers tightly attached to the retained CNT framework, where GNR achieves high surface areas to load NiFe-LDH nanosheets and inner CNT still enables high conductivity. The [email protected] nanocarbon network not only enhances accessible electrochemical active area and mass transfer, but also provides high-efficiency conductive brackets with interlinked electron transfer pathways and achieve the strong interface coupling with NiFe-LDH nanosheets, synergistically resulting in rapid electrocatalytic kinetics. Moreover, NiFe-LDH nanosheets are tightly anchored on the surface of nanocarbon networks, greatly enhanced the stability of NiFe-LDH. NiFe-LDH/[email protected] exhibits remarkable OER activity with a low overpotential of 261 mV at 10 mA cm−2, Tafel slope of 78 mV dec−1, and high stability for up to 17 h, superior to most LDH-based OER catalysts reported, and even better than commercial RuO2. Therefore, the facile synthesis and excellent hierarchical architecture endow NiFe-LDH/[email protected] nanocomposites as advanced electrocatalysts for outstanding OER performance. Most importantly, the design provides a simple but universal strategy to yield high performance of NiFe-LDH catalysts, facilitating the commercial process of non-noble catalysts for OER.
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