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Influence of Annealing Temperature on the OER Activity of NiO(111) Nanosheets Prepared via Microwave and Solvothermal Synthesis Approaches

Taffa, Dereje Hailu und Brim, Elliot und Rücker, Konstantin und Hayes, Darius und Lorenz, Julian und Bisen, Omeshwari und Risch, Marcel und Harms, Corinna und Richards, Ryan M. und Wark, Michael (2024) Influence of Annealing Temperature on the OER Activity of NiO(111) Nanosheets Prepared via Microwave and Solvothermal Synthesis Approaches. ACS Applied Materials and Interfaces, 16 (45), Seiten 62142-62154. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acsami.4c14277. ISSN 1944-8244.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
11MB

Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c14277

Kurzfassung

Earth-abundant transition metal oxides are promising alternatives to precious metal oxides as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) and are intensively investigated for alkaline water electrolysis. OER electrocatalysis, like most other catalytic reactions, is surface-initiated, and the catalyst performance is fundamentally determined by the surface properties. Most transition metal oxide catalysts show OER activities that depend on the predominantly exposed crystal facets/surface structure. Therefore, the design of synthetic strategies to obtain the most active crystal facets is of significant research interest. In this work, rock salt NiO OER catalysts with (111) predominantly exposed facets were synthesized by a solvothermal (ST) method either heated under supercritical or microwave-assisted (MW) conditions. Particular emphasis was placed on the influence of the post annealing temperature on the structural configuration and OER activity to compare their catalytic performances. The as-prepared electrocatalysts are pure α-Ni hydroxides which were converted to rock salt NiO (111) nanosheets with hexagonal pores after heat treatment at different temperatures. The OER activity of the electrodes has been evaluated in 0.1 M KOH using geometric and intrinsic current densities via normalization by the disk area and BET area, respectively. The lowest overpotential at a geometric current density of 10 mA/cm2 is found for samples pretreated by heating between 400 and 500 °C with a catalyst loading of 115 μg/cm2. Despite the very similar nature of the catalysts obtained from the two methods, the ST electrodes show a higher geometric and intrinsic current density for 500 °C pretreatment. The MW electrodes, however, achieve an optimal geometric current density for 400 °C pretreatment, while their intrinsic current density requires pretreatment over 600 °C. Interestingly, pretreated electrodes show consistently higher OER activity as compared to the poorly crystalline/less ordered hydroxide as-prepared electrocatalysts. Thus, our study highlights the importance of the synthesis method and pretreatment at an optimal temperature.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/208000/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Influence of Annealing Temperature on the OER Activity of NiO(111) Nanosheets Prepared via Microwave and Solvothermal Synthesis Approaches
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Taffa, Dereje HailuCarl von Ossietzky Universityhttps://orcid.org/0000-0002-1778-8223NICHT SPEZIFIZIERT
Brim, ElliotColorado School of MinesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rücker, KonstantinKonstantin.Ruecker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9162-7006171976194
Hayes, DariusColorado School of MinesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lorenz, Julianjulian.lorenz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9936-7667NICHT SPEZIFIZIERT
Bisen, OmeshwariHelmholtzzentrum BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Risch, MarcelHelmholtzzentrum BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harms, CorinnaCorinna.Harms (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richards, Ryan M.Colorado School of MinesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wark, MichaelCarl von Ossietzky Universityhttps://orcid.org/0000-0002-8725-0103NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 November 2024
Erschienen in:ACS Applied Materials and Interfaces
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:16
DOI:10.1021/acsami.4c14277
Seitenbereich:Seiten 62142-62154
Verlag:American Chemical society (ACS)
Name der Reihe:Energy, Environmental, and Catalysis Applications
ISSN:1944-8244
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Electrolysis, OER, Microwave Synthesis, Supercritical Solvent, Electrocatalysts, Surface Termination, Facet Control, Rock Salt,
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Rücker, Konstantin
Hinterlegt am:18 Nov 2024 19:14
Letzte Änderung:05 Dez 2024 17:35

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