Dynamic ferrous iron regeneration enables stabilization of NiFeCo layered double hydroxide for enhanced alkaline water oxidation

铁质 氢氧化物 再生(生物学) 化学 无机化学 化学工程 工程类 有机化学 生物 细胞生物学
作者
Samutr Assavachin,Somlak Ittisanronnachai,Thassanant Atithep,Nattamon Chitterisin,Montree Sawangphruk
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:650: 237494-237494 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2025.237494
摘要

Nickel–iron layered double hydroxides (NiFe LDH) are cost-effective and high-performance electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) comparable to noble metals. However, their stability is hindered by Fe leaching under oxidative alkaline conditions, resulting in catalyst deactivation . This work proposes to address the limited stability of NiFe LDH by introducing cobalt doping and Fe 2+ ions into the electrolyte. Cobalt enhances the catalytic activity and facilitates the oxidation of Fe 2+ to Fe 3+ to replenish the Fe active sites lost during OER. Electrochemical tests demonstrate that NiFeCo LDH achieves a lower overpotential of 209 mV at 10 mA cm −2 and improved kinetics (Tafel slope of 86 mV dec −1 ) compared to NiFe LDH (287 mV at 10 mA cm −2 , Tafel slope of 170 mV dec −1 ). Stability test shows NiFeCo LDH maintains activity for over 120 h with 0.1 mM Fe 2+ , whereas NiFe LDH deactivates after 35 h. ICP-OES confirms stable Fe concentrations in NiFeCo LDH with Fe 2+ addition, unlike in NiFe LDH where Fe concentration decreases over long-term operation. This approach of Fe regeneration via cobalt-catalyzed oxidation extends the lifetime of NiFeCo LDH in alkaline electrolysis up to 120 h enhancing the stability of NiFe-based OER catalysts for long-term applications. • Cobalt doping improves NiFe LDH activity and reduces overpotential. • Fe 2+ regeneration restores iron, enhancing catalyst stability in OER. • NiFeCo LDH achieves 120-h stability with Fe 2+ addition. • Controlled Fe redeposition minimizes leaching, extending catalyst lifetime. • High current densities accelerate Fe loss, requiring further optimization.
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