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Modulating interfacial electronic coupling of copper-mediated NiFe layered double hydroxide nanoprisms via structural engineering for efficient OER in wireless photovoltaic-coupled and anion exchange membrane water electrolysis

过电位 电解 材料科学 电化学 阳极 化学工程 氢氧化物 离子交换 无机化学 分解水 电极 催化作用 离子 化学 物理化学 冶金 有机化学 工程类 电解质 光催化
作者
Debabrata Chanda,Hyunguk Kwon,Mikiyas Mekete Meshesha,Jang Seok Gwon,Minkyu Ju,Kyeounghak Kim,Bee Lyong Yang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:340: 123187-123187 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123187
摘要

In this work, a facile method is used to fabricate Cu-mediated NiFe-LDH (CuNiFe-LDH) nanoprisms from conductive metal–organic frameworks (MOFs; NiFe MIL-88A). The initial MOF structure is stabilized by electronic coupling and Cu ion coordination. The CuNiFe-LDH nanoprisms exhibit excellent OER performance, with an overvoltage of 204 mV at a current density of 10 mA cm−2 and a low activation energy of 15.45 kJ mol−1. Mechanistic investigations using density functional theory calculations demonstrate that the Cu sites in CuNiFe-LDH are highly efficient for OER and that CuNiFe-LDH has a lower theoretical overpotential than NiFe-LDH. A wireless photovoltaic-electrochemical cell, developed using a CuNiFe-LDH/Ni fiber paper (NFP) anode and NiFe2O4/NFPcathode, achieves a solar-to-hydrogen efficiency of 11.08%. Additionally, the excellent performance of anion exchange membrane water electrolyzer incorporating the CuNiFe-LDH catalyst, including a j of 974 mA cm−2 at 1.85 V, and 46.9 kWh of electricity consumed per 1 kg of hydrogen produced.
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