Carbon-supported layered double hydroxide nanodots for efficient oxygen evolution: Active site identification and activity enhancement

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作者
Shenlong Zhao,Detao Zhang,Shuai Jiang,Yanglansen Cui,Haijing Li,Juncai Dong,Zhirun Xie,Dawei Wang,Rose Amal,Zhenhai Xia,Liming Dai
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:14 (9): 3329-3336 被引量:13
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3358-3
摘要

In this study, we developed a novel confinement-synthesis approach to layered double hydroxide nanodots (LDH-NDs) anchored on carbon nanoparticles, which formed a three-dimensional (3D) interconnected network within a porous carbon support derived from pyrolysis of metal-organic frameworks (C-MOF). The resultant LDH-NDs@C-MOF nonprecious metal catalysts were demonstrated to exhibit super-high catalytic performance for oxygen evolution reaction (OER) with excellent operation stability and low overpotential (∼230 mV) at an exchange current density of 10 mAcm−2. The observed overpotential for the LDH-NDs@C-MOF is much lower than that of large-sized LDH nanosheets (321 mV), pure carbonized MOF (411 mV), and even commercial RuO2 (281 mV). X-ray absorption measurements and density functional theory (DFT) calculations revealed partial charge transfer from Fe3+ through an O bridge to Ni2+ at the edge of LDH-NDs supported by C-MOF to produce the optimal binding energies for OER intermediates. This, coupled with a large number of exposed active sides and efficient charge and electrolyte/reactant/product transports associated with the porous 3D C-MOF support, significantly boosted the OER performance of the LDH-ND catalyst with respect to its nanosheet counterpart. Apart from the fact that this is the first active side identification for LDH-ND OER catalysts, this work provides a general strategy to enhance activities of nanosheet catalysts by converting them into edge-rich nanodots to be supported by 3D porous carbon architectures.
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