Enhancing the Surface-Active Sites of Bimetallic 2D Hydroxide Materials by Introducing Fe2+ Ions toward Effective Hydroxide Adsorption for the Water Oxidation Reaction

过电位 氢氧化物 析氧 催化作用 吸附 无机化学 水滑石 离子 双金属片 电化学 化学 氧化还原 材料科学 化学工程 电极 物理化学 工程类 生物化学 有机化学
作者
Aditi De,Arun Karmakar,Subrata Kundu
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (11): 5761-5773 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c00139
摘要

Here, in this work, via a simple wet chemical method, we have modified the CoFe layered double hydroxide (LDH) surface by doping active Fe2+ ions which function as an excellent electrocatalyst for the oxygen evolution reaction (OER) in 1 M KOH. Variations in the amount of Fe2+ ions show a noteworthy concentration dependency on the electrochemical performance of the catalyst. The catalyst shows an interesting Fe2+ ion dependency toward the OER, and a volcanic relationship between accumulated electronic charge and thermoneutral current densities is observed. This volcanic relation shows that with an optimum concentration of Fe2+ ions, the catalyst could effectively catalyze the OER by following the Sabatier principle of ion adsorption. The LDH having an intermediate amount of Fe2+ loading {FeII-LDH (0.04 M)} shows the highest OER activity, and it demands just a 268 mV overpotential to drive a 10 mA/cm2 current density, whereas the pristine CoFe-LDH displays an overpotential of 345 mV. Also, as a result of introducing Fe2+ ions, a 4-fold increase in the turnover frequency (TOF) value was noticed. Operando in situ impedance analysis reveals that the introduction of Fe2+ ions in the pristine CoFe-LDH lattice largely improvises the charge transfer kinetics at the interface by providing a greater number of surface-active sites toward OH– adsorption. Overall, this study shows an interesting Fe2+ ion loading dependency over the LDH surface toward the water oxidation reaction.
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