Remarkably boosted water oxidation activity and dynamic stability at large-current–density of Ni(OH)2 nanosheet arrays by Fe ion association and underlying mechanism

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作者
Zanling Huang,Abebe Reda Woldu,Xiang Peng,Paul K. Chu,Qing‐Xiao Tong,Liangsheng Hu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:477: 147155-147155 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147155
摘要

There have been reports about the promoted oxygen evolution reaction (OER) activity by adding of Fe ions into alkaline electrolytes for Ni-based catalysts. However, the origin and reason for the OER activity improvement remains vague. In this work, we endeavor to recognize the activity enhancement by a series of control and in/ex situ experiments. After introducing of 500 μM of Fe(III) to 1.0 M KOH, the current density of Ni(OH)2 nanosheet arrays at 1.6 V increases substantially from 36 to 1052 mA cm−2, and the overpotentials required to reach 100 mA cm−2 reduces obviously from 422 to 269 mV and 1,000 mA cm−2 from 616 to 367 mV. The electrochemical water splitting electrolyzer with Ni(OH)2 as anode and Pt/Ni-Mo as cathode exhibits robust activity and stability for 1,000 h at 1,000 mA cm−2 @ 1.7 V. In/ex situ electrochemical analysis, morphology and structure characterizations reveal that Fe(III) serves as the active sites and promotes the OER kinetics by two ways: (1) mainly cyclical formation of intermediates (Fe(III) → (Ni)Fex+ → (Ni)Fe-OH → (Ni)Fe-O → (Ni)Fe-OOH → Fe(III) (+O2)) on the electrode/electrolyte interface and (2) growth of the Ni-FeOOH/Fe-NiOOH interface on the surface of Ni(OH)2. The results provide insights into the Fe(III)-catalysis effect and guidance for the development of high-performance commercial water-splitting systems.

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