Scanning Electrochemical Cell Microscopy Investigation of Single ZIF‐Derived Nanocomposite Particles as Electrocatalysts for Oxygen Evolution in Alkaline Media

Abstract

“Single entity” measurements are central for an improved understanding of the function of nanoparticle‐based electrocatalysts without interference arising from mass transfer limitations and local changes of educt concentration or the pH value. We report a scanning electrochemical cell microscopy (SECCM) investigation of zeolitic imidazolate framework (ZIF‐67)‐derived Co−N‐doped C composite particles with respect to the oxygen evolution reaction (OER). Surmounting the surface wetting issues as well as the potential drift through the use of a non‐interfering Os complex as free‐diffusing internal redox potential standard, SECCM could be successfully applied in alkaline media. SECCM mapping reveals activity differences relative to the number of particles in the wetted area of the droplet landing zone. The turnover frequency (TOF) is 0.25 to 1.5 s−1 at potentials between 1.7 and 1.8 V vs. RHE, respectively, based on the number of Co atoms in each particle. Consistent values at locations with varying number of particles demonstrates OER performance devoid of macroscopic film effects.

Electrocatalysis as the Nexus for Sustainable Renewable Energy: The Gordian Knot of Activity, Stability, and Selectivity

“…successfully observed that the grain boundary surface terminations in gold electrodes were more active for electrochemical CO 2 reduction to CO compared to grain surfaces . In the scanning mode, SECCM can be used to map the electrochemical behavior of individual nanoparticles in a nanoparticle ensemble thereby enabling subtle peculiarities other than nanoparticle size such as orientation, exposed facets, effect of particle agglomeration, and support–nanoparticle interactions, among others, to be resolved …”

Elektrokatalyse als Nexus für nachhaltige erneuerbare Energien – der gordische Knoten aus Aktivität, Stabilität und Selektivität

“…beobachtet, dass die Korngrenzen in Goldelektroden aktiver für die elektrochemische CO 2 ‐Reduktion zu CO sind als Kornoberflächen . Im Rastermodus kann SECCM verwendet werden, um das elektrochemische Verhalten einzelner Nanopartikel in einem Nanopartikelensemble abzubilden, wodurch weitere Einflussgrößen außer der Nanopartikelgröße wie Orientierung, freiliegende Facetten, Effekte von Nanopartikel‐Agglomeration und Träger‐Nanopartikel‐Interaktionen aufgelöst werden können …”

“…Die meisten Studien wurden aufgrund der günstigen Benetzungseigenschaften in saurem Elektrolyt durchgeführt. Kürzlich wurden unter Verwendung einer löslichen, reversiblen Redoxspezies – eines N 6 ‐koordinierten Os‐Komplexes – als interner Standard zusammen mit einem rigorosen Messregime TOF‐Werte im Bereich von 0.25 bis 1.5 s −1 pro Co‐Atom im Potentialbereich von 1.70 bis 1.80 V (gegen RHE) für einzelne von ZIF‐67‐MOF abgeleitete Co‐C‐Partikel für die OER bestimmt . SECCM hat sich daher als robustes Hilfsmittel für die direkte Visualisierung und quantitative Untersuchung von Oberflächen mit nanoskaligen Abmessungen und einzelnen Nanopartikeln zur Auflösung der zusammensetzungs‐ und morphologieabhängigen elektrokatalytischen Aktivität durchgesetzt.…”

Trimetallic Nanoparticles Encapsulated into Bamboo‐Like N‐Doped Carbon Nanotubes as a Robust Catalyst for Efficient Oxygen Evolution Electrocatalysis

“…Currently, tailoring the composition of transition metal-based compounds (such as incorporating heteroatoms or foreign metal atoms into the lattice) and constructing high-speed diffusion channels are widely deemed as effective strategies to design electrocatalysts. [10][11][12][13][14][15] For example, Yuan et. al suggested a facile supersaturated co-precipitation method to synthesize amorphous NiFeMo oxides with uniform distribution of elements.…”

“…However, the individual active centers and insufficient transfer efficiency hinder their practical application. Currently, tailoring the composition of transition metal‐based compounds (such as incorporating heteroatoms or foreign metal atoms into the lattice) and constructing high‐speed diffusion channels are widely deemed as effective strategies to design electrocatalysts . For example, Yuan et.…”