Heterointerface Engineering of FeOOH@Ni 3 N Electrocatalysts for Industrially Compatible Alkaline Water Electrolysis

析氧 材料科学 分解水 电解水 电解 覆盖层 碱性水电解 化学工程 催化作用 氮化物 合理设计 异质结 无机化学 磷化物 制氢 纳米技术 电极 导电体 氧气 磷烯 极化(电化学) 氧化还原 电动现象 联轴节(管道)
作者
Maria S. Metaxa,Ioannis Vamvasakis,Gerasimos S. Armatas
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (9): e13136-e13136 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202513136
摘要

ABSTRACT The rational design of earth‐abundant electrocatalysts is pivotal for advancing alkaline water electrolysis toward sustainable hydrogen production. Here, we report a hierarchical FeOOH@Ni 3 N heterostructure comprising a redox‐active iron oxyhydroxide overlayer conformally coupled with a conductive trinickel nitride core directly grown on nickel foam. This hybrid catalyst drives the oxygen evolution reaction (OER) with ultralow overpotentials of 209, 245, and 284 mV at 10, 100, and 500 mA cm −2 , respectively, while maintaining exceptional stability under industrial‐level operations. Integrated into a two‐electrode electrolyzer, FeOOH@Ni 3 N achieves current densities of 10, 500, and 1000 mA cm −2 at cell voltages of only 1.49, 1.72, and 1.78 V, outperforming noble‐metal‐based benchmarks. Operando/in‐situ spectroscopies, combined with electrokinetic and isotope‐effect analyses, reveal that enhanced intrinsic activity originates from reconstructed proton–electron transfer pathways at the Fe–Ni heterointerface. Strong interfacial coupling stabilizes high‐valent Ni 4+ = O/,Fe 4+ = O species and promotes an unconventional dual‐site hydroxyl nucleophilic attack mechanism, wherein OH − attack on Fe 4+ = O forms a bridging *OOH intermediate as the O─O bond‐forming step, synergistically assisted by adjacent Ni centers. These findings delineate a clear structure–activity–stability relationship for Fe–Ni heterostructures and showcase heterointerface engineering of conductive nitrides with oxyhydroxides as a scalable strategy for developing durable, high‐rate OER electrocatalysts.
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