Tuning the active sites and optimizing the d-spacing value in CoFe-LDH by ex situ intercalation of guest anions: an innovative electrocatalyst for overall water splitting reaction

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出版日 2023-09-29
DOI 10.1039/D3CY00859B
インパクトファクター 6.119
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要旨

Tuning and stabilizing the surface-active sites is an important strategy to enhance electrocatalysts for the total water splitting reaction. Here, we present an interesting approach to modifying the interlayer distance via intercalating guest anions (I−, Br− and Cl−). Guest-anion-induced CoFe-LDHs were prepared by a simple wet chemical method. Among them, the largest anion (I−) provides a better OER, HER and total water splitting activity as compared to the smaller anions (Br−, Cl−). The as-synthesized I− anion intercalated CoFe-LDH shows the highest activity in the OER (oxygen evolution reaction) and HER (hydrogen evolution reaction) with lower overpotentials of 264 mV and 108 mV at a 50 mA cm−2 current density with the lowest Tafel values of 56.34 and 111.97 mV dec−1. The redox transformation from the cyclic voltammetric study reveals that the iodine anion allows more redox transformation, which leads to an increase in the active phase (CoOOH). In addition to this superior total electrode activity, the modified CoFe-LDH delivers high specific and intrinsic activity as compared to bare CoFe-LDH and similar reported catalysts, which was measured in terms of TOF calculation. After obtaining this remarkable response for the OER and HER, the CoFe-LDH/I− (as anode and cathode) was used in a two-electrode system in 1 M KOH solution, and required a cell voltage of 1.6 V to reach 10 mA cm−2 current density. In addition, XPS results suggest that cobalt loses its electron, suggesting that the electronic state of the cobalt ion increases upon intercalation of the I− anion. Thus, this reveals that the I− anion stabilizes the higher oxidation state of the cobalt ion via electron coupling.

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Catalysis Science & Technology

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Catalysis Science & Technology is committed to publishing research reporting high-quality, cutting-edge developments across the catalysis community at large. The journal places equal focus on publications from the heterogeneous, homogeneous, thermo-, electro-, photo-, organo- and biocatalysis communities. Works published in the journal feature a balanced mix of fundamental, technology-oriented, experimental, computational, digital and data-driven original research, thus appealing to catalysis practitioners in both academic and industrial environments. Original research articles published in the journal must demonstrate new catalytic discoveries and/or methodological advances that represent a significant advance on previously published work, from the molecular to the process scales. We welcome rigorous research in a wide range of timely or emerging applications related to the environment, health, energy and materials. Catalysis Science & Technology publishes Communications, Articles, Reviews and Perspectives. More details regarding manuscript types may be found in the Information for Authors section.

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