Copper doping-induced high-valence nickel-iron-based electrocatalyst toward enhanced and durable oxygen evolution reaction

电催化剂 过电位 析氧 催化作用 材料科学 化学工程 兴奋剂 化学 无机化学 冶金 电化学 电极 物理化学 生物化学 工程类 光电子学
作者
Hongyu Wang,Xiaojing Liu,Guihua Liu,Yanji Wang,Xiaohang Du,Jingde Li
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:3 (3): 100552-100552 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.checat.2023.100552
摘要

Heteroatom doping in NiFe-based electrocatalyst is one of the effective strategies to improve the performance of oxygen evolution reaction (OER). Herein, a nickel foam-supported, copper-doped, tube-structured, nickel-iron-based OER electrocatalyst is fabricated. This Ni(Cu)Fe/NF electrode achieves excellent OER activity with a low overpotential of 240 mV at 20 mA cm−2. When equipped in an anion exchange membrane water electrolyzer, outstanding stability is also achieved at 400 mA cm−2. The underlying mechanism of Cu doping governing the enhanced OER performance is systematically revealed. It is found that the Cu doping in NiFe species induces the formation of high-valence Ni state and the reconstruction of active γ-NiOOH species. This Cu-doped γ-NiOOH presents strengthened Ni-O bonding, resulting in favorable adsorption energy of active OER intermediates with reduced energy barriers, thus accelerating the catalytic reaction kinetics. The working mechanism of Cu-doped NiFe catalysts is instructive for the rational design of NiFe-based OER catalysts.
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