动态活性部位重建决定了基于的电催化剂的氧气演变反应性能
Panesun Tukur1, Frank Tukur1, Shobha Mantripragada2
1Departmen of Nanoscience, Joint School of Nanoscience and Nanoengineering, UNC Greensboro, 2907 E. Gate City Blvd, Greensboro, NC 27401, USA.
这项研究揭示了Fe/CoO/Co3O4电催化剂通过简单的机械化学途径合成,由于动态活性位点重建和优化电子特性,显示出优异的氧化演化反应 (OER) 性能. 优化Fe注是高性能性OER电催化剂的关键.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 可扩展电催化剂的开发需要具有量身定制的表面架构和高反应性的材料的成本效益的合成.
- 在氧化物中异原子替代是提高氧演化反应 (OER) 性能的一个有希望的策略,但电化学激活对不同化合物的影响尚不清楚.
研究的目的:
- 系统地研究如何结构和电子性质的变化,以及在电化学激活期间的活性位点重建,影响MxCo1−x氧化物中的OER性能.
- 探索通过机械化学NaCl固体溶液路径合成的富含缺陷的MxCo1−x氧化物 (M = Fe, Mn, Ni, Cu; x = 0.1) 的作用.
主要方法:
- 使用机械化学NaCl固体溶液路径合成富含缺陷的MxCo1−x氧化物.
- 在1M KOH中OER活动的电化学表征.
- 使用高分辨率传输电子显微镜 (HR-TEM) 和拉曼光谱学分析结构和电子性能.
- 密度函数理论 (DFT) 计算,以了解电子结构的修改.
主要成果:
- Fe/CoO/Co3O4表现出优越的OER活性,在10 mA cm-2时具有220 mV的超电位,优于其他组合物.
- 由于动态重建稳定了Fe位点,Fe/CoO/Co3O4在激活过程中表现出显著的电流密度增加,与其他具有最小氧化还原潜力转移的系统不同.
- DFT的计算显示,Fe/Mn兴奋剂通过Co 3d-O 2p杂交和增加金属氧共价增强了Fermi水平以上状态的密度.
- 高的Co3+/Co2+比率和Fe/CoO/Co3O4中的氧空位度有助于提高OER效率,尽管过度的Fe兴奋剂是有害的.
结论:
- 活性点重建和金属-氧键共价性是设计高性能性OER电催化剂的关键因素.
- 机械化学NaCl固体溶液路径提供了一种简单且具有成本效益的方法来合成具有OER应用潜力的富缺陷氧化物.
- 优化异原子替代,特别是氧化物中的Fe化,通过平衡电子结构修改和活性位点稳定性来最大限度地提高OER性能至关重要.
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