In situ growth of minimal Ir-incorporated CoxNi1-xO nanowire arrays on Ni foam with improved electrocatalytic activity for overall water splitting

分解水 纳米线 催化作用 析氧 电催化剂 过电位 原位 纳米结构 电极 纳米技术
作者
Xiaoli Li,Wenming Xue,Rong Mo,Sui Yang,Hongxing Li,Jianxin Zhong
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [China Science Publishing & Media Ltd.]
卷期号:40 (10): 1576-1584 被引量:14
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(19)63414-5
摘要

ABSTRACT Exploration of cost-effective electrocatalysts for boosting the overall water-splitting efficiency is vitally important for obtaining renewable fuels such as hydrogen. Here, earth-abundant CoxNi1-xO nanowire arrays were used as a structural framework to dilute Ir incorporation for fabricating electrocatalysts for water splitting. Minimal Ir-incorporated CoxNi1-xO nanowire arrays were synthesized through the facile hydrothermal method with subsequent calcination by using Ni foam (NF) as both the substrate and source of Ni. The electrocatalytic water-splitting performance was found to crucially depend on the Ir content of the parent CoxNi1-xO nanowire arrays. As a result, for a minimal Ir content, as low as 0.57 wt%, the obtained Ir-CoxNi1-xO/NF electrodes exhibited optimal catalytic activity in terms of a low overpotential of 260 mV for the oxygen evolution reaction and 53 mV for the hydrogen evolution reaction at 10 mA cm−2 in 1 mol L–1 KOH. When used as bifunctional electrodes in water splitting, the current density of 10 mA cm–2 was obtained at a low cell voltage of 1.55 V. Density functional theory calculations revealed that the Ir-doped CoxNi1-xO arrays exhibited enhanced electrical conductivity and low Gibbs free energy, which contributed to the improved electrocatalytic activity. The present study presents a new strategy for the development of transition metal oxide electrocatalysts with low levels of Ir incorporation for efficient water splitting.
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