Atomic Cation‐Vacancy Engineering of NiFe‐Layered Double Hydroxides for Improved Activity and Stability towards the Oxygen Evolution Reaction

析氧 溶解 层状双氢氧化物 催化作用 空位缺陷 分解水 氢氧化物 化学工程 氧气 金属 材料科学 无机化学 离子 过渡金属 碱性水电解 化学
作者
Lishan Peng,Na Yang,Yuqi Yang,Qing Wang,Xiaoying Xie,Dongxiao Sun-Waterhouse,Lu Shang,Tierui Zhang,Geoffrey I. N. Waterhouse
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (46): 24612-24619 被引量:31
标识
DOI:10.1002/anie.202109938
摘要

NiFe-layered double hydroxides (NiFe-LDH) are among the most active catalysts developed to date for the oxygen evolution reaction (OER) in alkaline media, though their long-term OER stability remains unsatisfactory. Herein, we reveal that the stability degradation of NiFe-LDH catalysts during alkaline OER results from a decreased number of active sites and undesirable phase segregation to form NiOOH and FeOOH, with metal dissolution underpinning both of these deactivation mechanisms. Further, we demonstrate that the introduction of cation-vacancies in the basal plane of NiFe LDH is an effective approach for achieving both high catalyst activity and stability during OER. The strengthened binding energy between the metals and oxygen in the LDH sheets, together with reduced lattice distortions, both realized by the rational introduction of cation vacancies, drastically mitigate metal dissolution from NiFe-LDH under high oxidation potentials, resulting in the improved long-term OER stability. In addition, the cation vacancies (especially M3+ vacancies) accelerate the evolution of surface γ-(NiFe)OOH phases, thereby boosting the OER activity. The present study highlights that tailoring atomic cation-vacancies is an important strategy for the development of active and stable OER electrocatalysts.
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