Angew. Chem.:阳离子迁移诱导晶格氧活化,高效OER

文摘   2024-11-11 18:03   湖南  
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研究背景

近年来,晶格氧介导机制(LOM)被提出用于打破常规AEM中间体的结构关系,从而突破火山形活性的限制。晶格氧氧化还原化学作为一种设计和开发新型高效电极材料的有效策略,不仅可用于OER催化,还可用于锂离子电池(LIBs)和再生燃料电池等不同应用,引起了广泛关注。在LIBs中,诱导LOM的一种方法是阳离子从八面体位点迁移到四面体位点,促进非键氧(ONB)态形成。然而,在OER的背景下,阳离子迁移策略从6配位O到4配位O配位的几何转换尚未得到仔细的探讨。

本文要点

1. 阐明了利用Cr离子触发尖晶石氧化物中晶格氧氧化的机理途径。具体来说,在CrO6八面体中的Cr3+离子被氧化成Cr6+并迁移到CrO4四面体,导致形成可用于OER的非键氧态。    

2. 制备了具有活性晶格氧的尖晶石Fe0.3Co0.9Cr1.8O4,OER活性和稳定性优于IrO2。该氧化物具有超低过电位(在10 mA cm-2时为190 mV),在100 mA cm-2下具有超过170小时的优异稳定性。

3. 利用XPS、sXAS和拉曼光谱结合18O同位素标记实验,验证了尖晶石Fe0.3Co0.9Cr1.8O4中的晶格氧氧化和阳离子迁移。

图文内容

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

         

 

         

 

    

Figure 2. sXAS data

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

         

 

         

 

    

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

         

 

         

 

    

Figure 5. Schematic illustration for the mechanistic pathway of Cr migration followed by the stabilization of peroxide O22– species by CrO4 tetrahedrons.

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

         

 

         

 

    

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

文献信息

Mahmoud G. Ahmed, Lydia H. Wong* et alCation Migration-Induced Lattice Oxygen Oxidation in Spinel Oxide for Superior Oxygen Evolution ReactionAngew. Chem. Int. Ed. 2024.
DOI:10.1002/anie.202416757
https://doi.org/10.1002/anie.202416757
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