Stabilizing High-Valence Ni/Fe Through Li Vacancy Engineering in Li(1–x)NiFeO2/NiFeOOH Heterostructures for Enhanced Oxygen Evolution Reaction

价(化学) 材料科学 催化作用 空位缺陷 异质结 氧气 析氧 无机化学 结晶学 物理化学 化学 电化学 电极 光电子学 生物化学 有机化学
作者
Wei Liu,Ruiqi Zhang,Chengyu Li,Xingwu Liu,Shuheng Tian,Xiao Ren,Ding Ma
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (13): 11886-11895 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c01469
摘要

Ni/Fe (oxy)hydroxides have been extensively studied as highly effective electrocatalysts for oxygen evolution reactions (OERs) in alkaline media. The ability of stable, higher-valence Ni/Fe ions (Ni3+/Fe3+) to enhance the OER activity has been well documented. In this work, we propose a cost-effective strategy for fabricating efficient OER catalysts through the electrochemical in situ delithiation of layered LiNi1–xFexO2 (LNFO) in an alkaline solution. This process leads to the formation of a NiFeOOH phase with highly oxidative Ni3+/Fe3+ species at the catalyst surface. The ingenious heterostructure, resulting from the lithium vacancies generated on the LNFO surface, stabilizes the high-valence Ni and Fe species, significantly enhancing the intrinsic OER activity. The as-prepared NiFeOOH/LNFO catalyst shows good OER performance, achieving a current density of 10 mA cm–2 at an overpotential (η) of 250 mV. In situ Raman and quasi-in situ XPS analyses reveal that the continuous electrochemical delithiation process resulted in the presence of highly oxidative Ni3+δ/Fe3+δ species and more amorphous defective structures on the surface of NiFeOOH/LNFO during OER. The high activity (U = 1.72 V at 1 A cm–2) and durability (continuous 45 h at 500 mA cm–2) of a membrane electrode assembly (MEA) cell also highlight its potential for practical large-scale applications.
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