Fe-doping induced electronic structure reconstruction in Ni-based metal-organic framework for improved energy-saving hydrogen production via urea degradation

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作者
Xingxiu Zhang,Xueqing Fang,Kun Zhu,Wenzhi Yuan,Tengfei Jiang,Huaiguo Xue,Jingqi Tian
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:520: 230882-230882 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230882
摘要

Urea-assisted water electrolysis provides an energy-saving strategy toward hydrogen evolution and wastewater-relevant environmental crisis. Efficient bifunctional electrocatalyst for urea oxidization reaction (UOR) and hydrogen evolution reaction (HER) is the key to solve these challenges. Herein, we demonstrated a Fe-doped Ni-based MOF nanosheet arrays (FeNi-MOF NSs) through one-step hydrothermal synthesis for efficient energy-saving urea-assisted water electrolysis. When applied for UOR, such prepared FeNi-MOF NSs achieves a current density of 10 and 100 mA cm−2 at overpotentials of 131 and 155 mV, respectively. Based on both comprehensive experimental and theoretical investigations, the excellent UOR performance can be attributed to that the Fe-doping caused electronic structure reconstruction in MOF, which not only induced the formation of abundant high-valence Ni as active centers for UOR, but also created more electronic states with optimized adsorption energies of reactant and product molecules on the surface, benefiting the UOR kinetics. Based on the UOR and HER activities of FeNi-MOF NSs, a urea electrolyser has been assembled, which affords 10 mA cm−2 current density at a low cell voltage of 1.431 V with excellent stability during long-term electrolysis.
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