Strong Lewis acid-induced self-healing of loose FeOOH for alkaline oxygen evolution

过电位 析氧 化学 催化作用 纳米片 浸出(土壤学) 无机化学 电子转移 氧气 化学工程 电化学 电极 物理化学 有机化学 土壤水分 土壤科学 工程类 环境科学
作者
Ning Yu,Jing Yi Lv,Zi-Chuan Guo,Xin-Jie Tian,Yusheng Zhang,Wenjing Li,Yu-Lu Zhou,Yong‐Ming Chai,Bin Dong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:487: 150253-150253 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150253
摘要

The fast leaching of the Fe catalytic center and low conductivity of FeOOH have hindered the optimal stability and activity of Fe-based electrocatalysts for oxygen evolution reactions (OER). Here, Zn2+ is introduced into FeOOH with a looser nanosheet structure by regulating electric double layer (EDL) repulsion during electrodeposition. Meanwhile, as strong Lewis acids, Zn2+ in ZnxFeOOH could act as an electron acceptor, accepting electrons from FeOOH. The doping of Zn2+ shortens the bond length of Fe-O and enhances the covalency of Fe-O to improve electron transport rate and stability. The faster catalytic kinetics also been obtained by facilitating O* to form OOH* intermediates. At 100 mA cm−2, Zn0.5FeOOH requires overpotential of only 250 mV and maintains initial activity in 1 M KOH after 120 h. Notably, Zn-induced self-healing is achieved when the leaching and redeposition of Fe reach dynamic equilibrium. In 1 M KOH seawater, Zn0.5FeOOH requires overpotentials of 286 mV to produce current density of 100 mA cm−2. At 2.0 V, Zn0.5FeOOH can achieve 1000 mA cm−2 in anion exchange membrane (AEM) water electrolyzer at room temperature. This work provides an effective Zn-induced strategy for designing efficient and stable OER catalysts for industrial development.
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