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Physiochemical and electrochemical analysis of the multi-metallic cobalt based spinel oxides: NixFe1-xCo2O4 (x = 0, 0.3, 0.5 and 0.7) nanoparticles
Indexado
Scopus SCOPUS_ID:105007735628
DOI 10.1016/J.JALLCOM.2025.181544
Año 2025
Tipo

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



The present study reports the synthesis and electrocatalytic evaluation of multi-metallic spinel oxides, NixFe1-xCo2O4 (x = 0, 0.3, 0.5, and 0.7), prepared via a co-precipitation method followed by annealing at 400°C. X-ray diffraction and Raman spectroscopy confirmed the formation of a spinel structure with a minor CoO impurity, with XPS revealing the presence of mixed-valence states (Co²⁺/Co³⁺, Fe²⁺/Fe³⁺, and Ni²⁺/Ni³⁺), indicative of complex redox chemistry. BET analysis showed mesoporous morphology, with the Ni0.5Fe0.5Co2O4 composition exhibiting the highest surface area (617.2 m²/g). Electrochemical measurements conducted in 0.1 M KOH demonstrated that all catalysts facilitated ORR through a dominant four-electron pathway. Among the compositions of NixFe1-xCo2O4 (x = 0, 0.3, 0.5, and 0.7) studied, Ni0.5Fe0.5Co2O4 displayed the best ORR activity with an onset potential of 0.75 V, half-wave potential of 0.62 V (vs. RHE), a limiting current density of −2.82 mA/cm² and excellent cycling stability over 3000 cycles with minimal degradation. These highlight that an optimal Ni/Fe ratio in Co-based spinel oxide can synergistically enhance ORR kinetics and stability. The study provides new insights into how a minor CoO secondary phase and multivalent cations influence ORR activity, and underscores a novel, low-temperature route to tailor Ni0.5Fe0.5Co2O4 spinel oxide electrocatalysts for efficient oxygen reduction.

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Disciplinas de Investigación



WOS
Chemistry, Physical
Metallurgy & Metallurgical Engineering
Materials Science, Multidisciplinary
Scopus
Materials Chemistry
Mechanics Of Materials
Mechanical Engineering
Metals And Alloys
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Margoni, Mudaliar Mahesh - Universidad de Chile - Chile
2 Naresh, N. - Jiangsu University - China
3 Gangwar, Amit Kumar - Millenium Nuclei of Advanced MXenes for Sustainable Applications (AMXSA) - Chile
Universidad de Chile - Chile
4 Rajivgandhi, Govindan - Universidad de Chile - Chile
5 Bhaviripudi, Vijayabhaskara Rao - Universidad Tecnológica Metropolitana - Chile
6 Quero, Franck - Universidad de Chile - Chile
7 Su, Huaneng - Jiangsu University - China
8 Ali Akbari-Fakhrabadi - Universidad de Chile - Chile
9 GONZALEZ-ARANDA, RODRIGO ANDRES Hombre Millenium Nuclei of Advanced MXenes for Sustainable Applications (AMXSA) - Chile
Universidad de Chile - Chile
10 Viswanathan, Mangalaraja Ramalinga - Universidad Tecnológica Metropolitana - Chile

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Financiamiento



Fuente
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
ANID-Milenium Science Initiative Program

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Agradecimientos



Agradecimiento
The authors Dr. Mudaliar Mahesh Margoni and Prof. Ali Akbari-Fakhrabadi acknowledge the ANID-FONDECYT, Chile for providing the Postdoctoral Research Fellowship , ( FONDECYT 2022 ), Project No. 3220390 . Prof. Ali Akbari-Fakhrabadi acknowledge FONDECYT, Government of Chile (Project No.: 1240319 ) for the laboratory facility and other instrument facility. Amit Kumar Gangwar acknowledges the ANID-Milenium Science Initiative Program ( NCN20223_07 ) for supporting this research work.

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