Formation and Stabilization of NiOOH by Introducing α‐FeOOH in LDH: Composite Electrocatalyst for Oxygen Evolution and Urea Oxidation Reactions

过电位 析氧 电催化剂 材料科学 氢氧化物 电化学 X射线光电子能谱 催化作用 化学工程 无机化学 氧化还原 物理化学 化学 电极 工程类 生物化学 冶金
作者
Minmin Cai,Qian Zhu,Xiyang Wang,Zhiyu Shao,Lu Yao,Hui Zeng,Xiaofeng Wu,Jun Chen,Keke Huang,Shouhua Feng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (7) 被引量:230
标识
DOI:10.1002/adma.202209338
摘要

NiOOH is considered as the most active intermediate during electrochemical oxidation reaction, however, it is hard to directly synthesize due to high oxidation energy. Herein, theoretical calculations predict that α-FeOOH enables a decline in formation energy and an improvement in stabilization of NiOOH in NiFe-based layered double hydroxide (LDH). Inspiringly, a composite composed of α-FeOOH and LDH is well-designed and successfully fabricated in hydrothermal treatment by adding extra Fe3+ resource, and stable NiOOH is obtained by the following electro-oxidation method. Benefiting from strong electron-capturing capability of α-FeOOH, it efficiently promotes charge redistribution around the Ni/Fe sites and activates Ni atoms of LDH, verified by X-ray photoelectron spectra (XPS) and X-ray absorption spectra (XAS). The d-band center is optimized that balances the absorption and desorption energy, and thus Gibbs free energy barrier is lowered dramatically toward oxygen evolution reaction (OER) and urea oxidation reaction (UOR), and finally showing an outstanding overpotential of 195 mV and a potential of 1.35 V at 10 mA cm-2 , respectively. This study provides a novel strategy to construct highly efficient catalysts via the introduction of a new phase for complex multiple-electron reactions.
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