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Ce-Doped FeNi-Layered Double Hydroxide Nanosheets Grown on an Open-Framework Nickel Phosphate Nanorod Array for Oxygen Evolution Reaction
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-11-05 , DOI: 10.1021/acsaem.1c02531 Shifeng Li 1 , Zihao Liu 1 , Fangfang Wang 1 , Feifei Yuan 1 , Yonghong Ni 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-11-05 , DOI: 10.1021/acsaem.1c02531 Shifeng Li 1 , Zihao Liu 1 , Fangfang Wang 1 , Feifei Yuan 1 , Yonghong Ni 1
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The doping of foreign atoms into the electrocatalyst can effectively adjust the electronic structure and further improve the electrocatalytic activity. Here, we constructed a three-dimensional integrated electrode of Ce-doped FeNi LDH (LDH, layered double hydroxide) with an amorphous structure on a Ni foam-supported open-framework nickel phosphate nanorods array (donated as CFN@VSB-5/NF) via a hydrothermal-electrodeposition two-step process. The as-constructed CFN@VSB-5/NF electrocatalyst merely required an overpotential of 226 mV to generate a current density of 100 mA cm–2 with a Tafel slope of 43.1 mV dec–1, which was remarkably lower than FN@VSB-5/NF (η100 = 273 mV) without the addition of Ce. Also, the CFN@VSB-5/NF could continuously catalyze for 50 h at a current density of 500 mA cm–2 without obvious potential fluctuation, presenting appealing durability at a large current density. Further investigations revealed that the superior oxygen evolution reaction (OER) electrocatalytic performance should be attributed to the high intrinsic activity, optimal surface, and electronic structure of the as-constructed CFN@VSB-5/NF catalyst. Compared with the traditional FeNi-based catalysts, moreover, the present CFN@VSB-5/NF-integrated electrocatalyst also displayed stronger OER electrocatalytic activity and excellent stability at large current densities. Markedly, this work provides a path for constructing non-noble metal electrocatalysts with high OER activity.
中文翻译:
在开放框架磷酸镍纳米棒阵列上生长的 Ce 掺杂 FeNi 层状双氢氧化物纳米片用于放氧反应
在电催化剂中掺杂外来原子可以有效地调整电子结构,进一步提高电催化活性。在这里,我们在泡沫镍支撑的开放框架磷酸镍纳米棒阵列上构建了具有无定形结构的 Ce 掺杂 FeNi LDH(LDH,层状双氢氧化物)的三维集成电极(作为 CFN@VSB-5/NF ) 通过水热电沉积两步法。所构建的 CFN@VSB-5/NF 电催化剂仅需要 226 mV 的过电位即可产生 100 mA cm –2的电流密度,Tafel 斜率为 43.1 mV dec –1,明显低于 FN@VSB- 5/NF (η 100= 273 mV) 不添加 Ce。此外,CFN@VSB-5/NF 可以在 500 mA cm -2的电流密度下连续催化 50 小时而没有明显的电位波动,在大电流密度下表现出吸引人的耐久性。进一步的研究表明,优异的析氧反应 (OER) 电催化性能应归因于所构建的 CFN@VSB-5/NF 催化剂的高本征活性、最佳表面和电子结构。此外,与传统的 FeNi 基催化剂相比,目前的 CFN@VSB-5/NF 集成电催化剂在大电流密度下也表现出更强的 OER 电催化活性和优异的稳定性。值得注意的是,这项工作为构建具有高 OER 活性的非贵金属电催化剂提供了途径。
更新日期:2021-11-22
中文翻译:
在开放框架磷酸镍纳米棒阵列上生长的 Ce 掺杂 FeNi 层状双氢氧化物纳米片用于放氧反应
在电催化剂中掺杂外来原子可以有效地调整电子结构,进一步提高电催化活性。在这里,我们在泡沫镍支撑的开放框架磷酸镍纳米棒阵列上构建了具有无定形结构的 Ce 掺杂 FeNi LDH(LDH,层状双氢氧化物)的三维集成电极(作为 CFN@VSB-5/NF ) 通过水热电沉积两步法。所构建的 CFN@VSB-5/NF 电催化剂仅需要 226 mV 的过电位即可产生 100 mA cm –2的电流密度,Tafel 斜率为 43.1 mV dec –1,明显低于 FN@VSB- 5/NF (η 100= 273 mV) 不添加 Ce。此外,CFN@VSB-5/NF 可以在 500 mA cm -2的电流密度下连续催化 50 小时而没有明显的电位波动,在大电流密度下表现出吸引人的耐久性。进一步的研究表明,优异的析氧反应 (OER) 电催化性能应归因于所构建的 CFN@VSB-5/NF 催化剂的高本征活性、最佳表面和电子结构。此外,与传统的 FeNi 基催化剂相比,目前的 CFN@VSB-5/NF 集成电催化剂在大电流密度下也表现出更强的 OER 电催化活性和优异的稳定性。值得注意的是,这项工作为构建具有高 OER 活性的非贵金属电催化剂提供了途径。