Mn-doping tuned electron configuration and oxygen vacancies in NiO nanoparticles for stable electrocatalytic oxygen evolution reaction

非阻塞I/O 过电位 材料科学 析氧 塔菲尔方程 纳米颗粒 兴奋剂 化学工程 无机化学 纳米技术 催化作用 化学 物理化学 电化学 电极 光电子学 工程类 生物化学
作者
Yi Liu,Liang Bai,Li Tao,Jinghao Huo,Xiaofei Wang,Lifeng Zhang,Xiaodong Hao,Shouwu Guo
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:577: 151952-151952 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.151952
摘要

Manipulating the electronic configuration of electrocatalysts through doping strategies is crucial for the development of preeminent non-precious metal electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER). In this work, Mn-doping NiO nanoparticles with oxygen (O) vacancies (denoted as Mn-NiO-Ov) are synthesized by calcinating the two-dimensional Ni-Mn layered double hydroxides (LDHs) precursors at specific temperatures. Magically, as revealed by structural characterizations and first-principle quantum chemical computations, Mn-doping causes a modification in the electronic structure through the electron transfer from Ni to Mn via O bridges and the modified eg orbital of Ni led by charge transfer is of benefit to the adsorption of O species on Ni sites in Mn-NiO-Ov and promoting the intrinsic metallic property of NiO nanoparticles. Furthermore, it is illustrated that the Mn-NiO-Ov nanoparticles can achieve a lower overpotential of 265 mV at the current density of 10 mA cm−2, and a Tafel slope of 61.3 mV dec−1 under alkaline media. More importantly, the Mn-NiO-Ov nanoparticles show also great stability (98.2%) after 50 h continuously test far more than pure NiO nanoparticles (62.1%). This research provides the theoretical principle for the promotion of electrocatalysts OER activity and stability by doping foreign metal to tune electron configuration.
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