Fe,Co co-implanted dendritic CeO2/CeF3 heterostructure@MXene nanocomposites as structurally stable electrocatalysts with ultralow overpotential for the alkaline oxygen evolution reaction

过电位 析氧 化学工程 分解水 异质结 材料科学 催化作用 电解水 化学 电解 无机化学 光催化 电化学 物理化学 电极 光电子学 工程类 生物化学 电解质
作者
Yunwei Mao,Xiaotong Yang,Kaiyu Dong,Tian Sheng,Qiang Yuan
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.02.012
摘要

Exploring low-cost, high-activity, and structurally stable nonprecious metal electrocatalysts for sluggish oxygen evolution reaction (OER) is paramount for water electrolysis. Herein, we successfully prepare a novel Fe,Co-CeO2/CeF3@MXene heterostructure with Fe–Co dual active sites and oxygen vacancies for alkaline OER using an energy-free consumption co-deposition method. Impressively, Fe,Co-CeO2/CeF3@MXene achieves an ultralow overpotential of 192 mV and a long-term stability of 110 h at 10 mA cm−2 without structural changes, thereby outperforming the commercial IrO2 (345 mV). In addition, Fe,Co-CeO2/CeF3@MXene exhibits much superior activity (271 mV) and durability to IrO2 (385 mV) in the real seawater OER. Wind- and solar energy-assisted water electrolysis devices show their promising prospects for sustainable green hydrogen production. Characterization techniques and theoretical calculations reveal that the Fe,Co co-implanted CeO2/CeF3 heterostructure effectively degrades the energy barrier of the OER and optimizes the adsorption strength of *OH, *O, and *OOH intermediates. It exhibits the dual coupling mechanism of the adsorbed evolution and lattice oxygen mechanisms, which synergistically improves the OER performance. This work provides a facile and efficacious strategy for synthesizing a new class of heterostructures to achieve significant enhancement in the activity and stability of OER catalysts.
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