ACS Energy Lett.:表面重构,增强OER活性

文摘   2024-10-30 18:07   湖南  

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研究背景

可再生能量耦合电催化对于生产高价值绿色化学品至关重要,其中催化材料在降低能量转换障碍和提高能量效率方面发挥着关键作用。其中钴基电催化剂因其具有良好的OER性能而受到极大关注,但不同相结构对Co(OH)2重构动力学的影响仍然难以捉摸,如何调节不同的重构方式以促进OER性能尚不清楚。通过材料设计来提高性能来指导OER,需要对重构过程进行彻底的研究,并对各种Co(OH)2预催化剂进行进一步的精确调节。

本文要点

1. 通过模型拟合与原位表征技术,量化了层状Co(OH)2在析氧反应(OER)中的重构活性,发现通过调节插层间物种可以控制重构的热力学和动力学,从而影响OER过程中的质量变化和Co的氧化状态。    
2. 对三种不同Co(OH)2样品进行了OER测试,通过拉曼光谱和X射线吸收近边结构(XANES)等表征技术,揭示了OER后Co的价态变化和局部结构变化,这些变化与催化活性密切相关,表明Co的氧化态增加可能意味着更强的氧化能力,有利于OER活性。通过比较不同样品的价态变化,可以推断它们在OER中的性能差异。

3. 建立了重构活性与OER活性之间的火山型关系,确定适度的重构活性,特别是通过双阴离子插层,有利于提高OER活性。

图文内容

Figure 1. CV and mass change derived by EQCM for (a) Co-hyd-beta, (b) Co-hyd-Cl, and (c) Co-hyd-Cb. (d) Raman spectra for three Co(OH)2 samples before and after the OER. (e) XANES-derived Co valences for the three Co(OH)2 after the OER. (f) FT-EXAFS for Co(OH)2 before and after the OER. STXM mapping of the Co valences for (g) Co-hyd-beta-OER, (h) Co-hyd-Cl-OER, and (i) Co-hyd-Cb-OER    

(图片来源:ACS Energy Lett.


    

Figure 2. Reconstruction activity of the three Co(OH)2 species to form CoOx(OH)y species.

(图片来源:ACS Energy Lett.

         

 

Figure 3. (a) Schematic diagram of the reconstruction processes, highlighting a moderate reconstruction activity toward active species for the optimum binding of reactive intermediates to achieve superior OER activity.(b) The dependence of the OER activities on the reconstruction activities of a series of Co(OH)2 precatalysts

(图片来源:ACS Energy Lett.
         

 

    
         

 

Figure 4. AEMWE test.

(图片来源:ACS Energy Lett.

文献信息

Miao Wang, YanJian Wang* et alRegulating Reconstruction Activity of Cobalt Electrode for Optimized Water OxidationACS Energy Lett. 2024.

DOI:10.1021/acsenergylett.4c02344

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c02344    

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