V 2 CT x MXene as a Sacrificial Promoter for NiFe Catalyst for Anion Exchange Membrane Electrolyzers

材料科学 MXenes公司 钒 催化作用 化学工程 离子交换 氢氧化物 热液循环 溶解 X射线光电子能谱 析氧 氧化物 电导率 无机化学 电解 非阻塞I/O 电极 水热合成 层状双氢氧化物 吸收(声学) 过渡金属 X射线吸收光谱法 膜 电催化剂 X射线吸收精细结构 降级(电信) 吸收光谱法
作者
Bastian Schmiedecke,C. Kaplan,Karuppasamy Dharmaraj,Axel Zuber,Merve Buldu-Aktürk,Ningjun Chen,Mailis Lounasvuori,Xuyun Guo,Valeria Nicolosi,Thorsten Schultz,Norbert Koch,Johanna Rosén,Michelle P. Browne
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e75676-e75676
标识
DOI:10.1002/advs.75676
摘要

ABSTRACT Nickel‐iron layered double hydroxides (NiFe‐LDH) show excellent activity, their poor conductivity limits practical implementation in electrolysers. Previous reports have shown that combining nickel‐iron layered double hydroxide (NiFe‐LDH) materials with MXenes significantly increases the oxygen evolution reaction (OER) activity, however, the rationale behind this is not clear. Herein, we report operando X‐ray absorption spectroscopy (XAS) of V 2 CT x MXene‐enhanced NiFe‐LDH catalysts, revealing important insights into MXene‐hydroxide synergy. Operando X‐ray absorption reveals a two‐step vanadium transformation: V 2 CT x initially oxidizes during hydrothermal synthesis, acting as a reducing agent that promotes ordered Fe 2 NiO 4 formation, then undergoes further oxidation under OER conditions, to form mixed‐valence V 3+ / 4+ / 5+ oxide species that establish transient electronic coupling with NiFe active sites. Finally, the NiFe@V 2 CT x composites were tested in an Anion Exchange Membrane (AEM) electrolyzer over 144 h of continuous operation at 500 and 1000 mA cm −2 , with NF25 achieving degradation rates as low as 0.76 mV h −1 at 1000 mA cm −2 . Postmortem tests reveal that V 2 CT x undergoes progressive dissolution during operation, yet the structurally modified NiFe electrodes retain superior activity relative to the unmodified reference throughout the full test duration. These findings demonstrate that V 2 CT x functions beyond passive conductive support as an active electronic participant whose structural legacy sustains durable performance even after vanadium leaching.
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