Constructing a Graphene-Encapsulated Amorphous/Crystalline Heterophase NiFe Alloy by Microwave Thermal Shock for Boosting the Oxygen Evolution Reaction

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作者
Zhichao Gong,Rui Liu,Haisheng Gong,Gonglan Ye,Jingjing Liu,Juncai Dong,Jiangwen Liao,Minmin Yan,Jianbin Liu,Kang Huang,Lingli Xing,Junfei Liang,Yongmin He,Huilong Fei
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (19): 12284-12292 被引量:152
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c03333
摘要

Rationally designing efficient and robust catalysts for the oxygen evolution reaction (OER) is increasingly vital for energy conversion technologies. Herein, we develop a core–shell electrocatalyst consisting of an amorphous/crystalline heterophase NiFe alloy encapsulated by ultrathin graphene layers (a/c-NiFe-G) via a rapid microwave thermal shock strategy. The amorphous/crystalline heterostructure generates enriched active sites with high intrinsic activity, while the graphene coatings serve as electron transport pathways and protective layers, resulting in dramatically enhanced OER performance in 1 M KOH with an overpotential (η10) of 250 mV at 10 mA cm–2, a Tafel slope of 36.5 mV dec–1, a high turnover frequency (TOF) of 0.87 s–1 that is 24 times as high as that of the crystalline counterpart when evaluated on a glassy carbon electrode. Further, when supported on porous Ni foam, the catalyst exhibited an η10 as low as 217 mV, along with excellent durability (136 h). Various characterization methods, including X-ray absorption fine structure analysis and density functional theory calculations, reveal that unsaturated coordination configurations and abundant amorphous/crystalline boundaries in a/c-NiFe-G are responsible for its superior OER performance. This work offers insights for constructing metastable amorphous/crystalline heterophase catalysts toward highly efficient electrocatalysis.
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