Vertical-crystalline Fe-doped β-Ni oxyhydroxides for highly active and stable oxygen evolution reaction

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作者
Byeongyoon Kim,Mrinal Kanti Kabiraz,Jaewan Lee,Changhyeok Choi,Hionsuck Baik,Yousung Jung,Hyung‐Suk Oh,Sang‐Il Choi,Kwangyeol Lee
出处
期刊:Matter [Elsevier]
卷期号:4 (11): 3585-3604 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.matt.2021.09.003
摘要

The layered transition metal oxyhydroxides have received increasing interest owing to the efficient energy conversion performance and material stability during the oxygen evolution reaction (OER). In particular, Fe-doped NiOOH has shown record-high OER performance in alkaline media among various catalysts. Theoretically, undercoordinated facets including Ni4+, exposed at the edges of NiOOH, were predicted to perform highly active OER. Therefore, here we suggest a rational catalyst design, a vertical-crystalline β-Fe/NiOOH layer built on faceted Fe/Ni nanocrystals, which exposes Ni4+ sites and could improve the OER performance dramatically. Electrochemical OER tests recorded the overpotential of 210 mV at a current density of 10 mA cm−2GEO and stable operation for 5 days. In situ/operando and density functional theory studies revealed that the Ni valence cycle between +2 and +4 assisted by Fe dopant is the key engine that greatly accelerates OER kinetics and that the vertical-crystalline β-Fe/NiOOH layers on Ni octahedra are stable under harsh OER conditions.

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