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Probing Surface Changes in Fe–Ni Oxide Nanocatalysts with a ToF-SIMS-Coupled Electrochemistry Setup and Principal Component Analysis

  • Understanding catalyst surface dynamics under operating conditions is essential for improving electrocatalytic performance. Here, we present a novel approach combining electrochemical treatment with contamination-free transfer to Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS), followed by principal component analysis (PCA), to probe surface and interfacial changes in Ni–Fe oxide nanoparticles stabilized by polyvinylpyrrolidone (PVP) during the oxygen evolution reaction (OER). The surface analysis at three distinct treatment stages revealed distinct chemical fingerprints across pristine nanoparticles, after exposure to 1 M KOH electrolyte, and after cyclic voltammetry treatment. The results highlight a progressive transition from ligand-rich to ligand-depleted interfaces, with PVP-related fragments dominant in the early stages and metal- and electrolyte-derived species emerging after activation. Complementary ToF-SIMS analysis of electrolyte deposited on Si wafers after eachUnderstanding catalyst surface dynamics under operating conditions is essential for improving electrocatalytic performance. Here, we present a novel approach combining electrochemical treatment with contamination-free transfer to Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS), followed by principal component analysis (PCA), to probe surface and interfacial changes in Ni–Fe oxide nanoparticles stabilized by polyvinylpyrrolidone (PVP) during the oxygen evolution reaction (OER). The surface analysis at three distinct treatment stages revealed distinct chemical fingerprints across pristine nanoparticles, after exposure to 1 M KOH electrolyte, and after cyclic voltammetry treatment. The results highlight a progressive transition from ligand-rich to ligand-depleted interfaces, with PVP-related fragments dominant in the early stages and metal- and electrolyte-derived species emerging after activation. Complementary ToF-SIMS analysis of electrolyte deposited on Si wafers after each treatment step confirms the concurrent leaching of PVP and Fe–Ni-based fragments during OER. These findings underscore the dynamic nature of catalyst–electrolyte interfaces and demonstrate a robust strategy for monitoring surface-sensitive chemical changes associated with the nanoparticles, especially during the initial cycles of the OER.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Heydar Habibimarkani, Jörg RadnikORCiD, Vasile-Dan HodoroabaORCiD, Elisabeth John
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Analytical Chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:American Chemical Society (ACS)
Aufsatznummer:acs.analchem.5c03894
Erste Seite:1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Electrochemistry; Fe-Ni oxide; Nanocatalysts; OER; PCA (principal component analysis); ToF-SIMS
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
Material
Material / Advanced Materials
DOI:10.1021/acs.analchem.5c03894
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-652667
ISSN:0003-2700
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:05.01.2026
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:05.01.2026
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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