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电化学重构NiOOH/NiFeV-LDH@CC用于高效析氧反应OA

Electrochemically activated NiOOH/NiFeV-LDH@CC for a highly efficient oxygen evolution reaction

中文摘要英文摘要

镍铁基层状氢氧化物(NiFe-LDHs)电催化材料的表面重构已被广泛研究,重构形成的 NiOOH 活性相对于提高 NiFe-LDHs的析氧反应(OER)性能起着至关重要的作用.然而,由于 NiOOH 不稳定,直接观察 NiOOH 相并探索其在 OER过程中的作用机制仍然面临巨大的挑战.本文采用简单的电化学活化方法在炭布(CC)上合成了具有钒(V)掺杂 NiFe-LDH纳米片阵列结构的 NiOOH/NiFeV-LDH@CC催化剂.在电化学活化过程中,V 的释放导致大量钒空位(VV)和氧空位(VO)的形成,从而使 NiFe-LDH 纳米片表面重构成 NiOOH.NiOOH 作为实际反应的活性相,提高了催化剂的本征活性,丰富的 VO 增加了催化剂的电导率.因此,NiOOH/NiFeV-LDH@CC在碱性溶液中表现出优异的 OER性能,在 20和 100 mA cm-2 的电流密度下仅需要 209和 241 mV 的低过电位.在 10 mA cm-2 的恒定电流密度下,可以稳定循环 80 000 s.以 NiOOH/NiFeV-LDH@CC 为阳极组装的全水解电池(OWS)可以在 1.597 V的电压下驱动 20 mA cm-2 的电流密度.同时,该电解槽在 1.55 V下驱动 10 mA cm-2 的电流密度可以持续 80 000 s.该电化学活化法有望应用在未来OER电催化剂的设计上.

The surface reconstruction of NiFe-based layered double hydroxide(LDH)electrocatalysts has been widely studied.The reconstructed NiOOH phase plays a critical role in improving the oxygen evolution reaction(OER)perform-ance of NiFe-based LDHs,but observing the NiOOH phase is difficult because of its instability and exploring the functional mechanism of NiOOH in NiFe-based LDHs remains a great challenge.A simple electrochemical activation was used to synthesize a NiOOH/NiFeV-LDH@CC catalyst consisting of an array of V-doped NiFe-LDH nanosheets on carbon cloth(CC),in which the reconstructed NiOOH phase is the active species.During electrochemical activation,the release of doped V leads to the formation of abundant vanadium vacancy(VV)and oxygen vacancy(VO)species,and thus the surface of the NiFe-LDH nanosheets is reconstructed to form NiOOH.Because of the improved intrinsic activity from the NiOOH active phase,and the increased electrical conductivity produced by the abundant VO,NiOOH/NiFeV-LDH@CC has an excellent OER performance in an alkaline solution,with low overpotentials of 209 mV and 241 mV at 20 mA cm-2 and 100 mA cm-2,respect-ively.It also has a long-term stability of 80,000 s at a constant current density of 10 mA cm-2.Using NiOOH/NiFeV-LDH@CC as the anode,an assembled over water splitting(OWS)battery can drive a current density of 20 mA cm-2(without iR compens-ation)at a much lower voltage of 1.597 V.At the same time,the electrolytic cell can deliver a current density of 10 mA cm-2 at~1.55V for more than 80,000 s without significant loss.This electrochemical activation method can be used in future designs of electrocatalysts for OER.

宋宇婕;岳云飞;沈志超;侯莹;宋艳慧;刘培植;许并社;章海霞;郭俊杰

太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024||陕西科技大学,材料原子分子科学研究所,陕西 西安 710021太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024太原理工大学,新材料界面科学与工程教育部重点实验室,山西 太原 030024

化学化工

钒掺杂NiFe 基层状氢氧化物电化学重构NiOOH析氧反应

V dopingNiFe-based Layered double hydroxidesElectrochemical reconstructionNiOOHOxygen evolu-tion reaction

《新型炭材料(中英文)》 2026 (3)

664-674,11

This work was supported by National Natural Science Foundation of China(52572032,52271064,52571251,52201019,U21A20174),Major Science and Technology Project of Shanxi Province(20201102003),Science and Technology Innovation Talent Team Project of Shanxi Province(202304051001010),Key National Scientific and Technological Cooperation Projects of Shanxi Province(202104041101008)and Natural Science Foundation of Shanxi Province(202203021211168,202203021211138,202303021221257).The authors acknowledge the assistance of Instrumental Analysis Center Taiyuan University of Technology.

10.1016/S1872-5805(26)61095-5

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