High-spin Co3+ in cobalt oxyhydroxide for efficient water oxidation

材料科学 算法 计算机科学
作者
Xin Zhang,Haoyin Zhong,Qi Zhang,Qihan Zhang,Chao Wu,Junchen Yu,Yifan Ma,Hang An,Hao Wang,Yiming Zou,Caozheng Diao,Jingsheng Chen,Zhi Gen Yu,Shibo Xi,Xiaopeng Wang,Junmin Xue
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 1383-1383 被引量:275
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45702-4
摘要

Abstract Cobalt oxyhydroxide (CoOOH) is a promising catalytic material for oxygen evolution reaction (OER). In the traditional CoOOH structure, Co 3+ exhibits a low-spin state configuration ( $${t}_{2{{{{{\rm{g}}}}}}}^{6}{e}_{{{{{{\rm{g}}}}}}}^{0}$$ t 2 g 6 e g 0 ), with electron transfer occurring in face-to-face $${t}_{2{{{{{\rm{g}}}}}}}^{*}$$ t 2 g * orbitals. In this work, we report the successful synthesis of high-spin state Co 3+ CoOOH structure, by introducing coordinatively unsaturated Co atoms. As compared to the low-spin state CoOOH, electron transfer in the high-spin state CoOOH occurs in apex-to-apex $${e}_{{{{{{\rm{g}}}}}}}^{*}$$ e g * orbitals, which exhibits faster electron transfer ability. As a result, the high-spin state CoOOH performs superior OER activity with an overpotential of 226 mV at 10 mA cm −2 , which is 148 mV lower than that of the low-spin state CoOOH. This work emphasizes the effect of the spin state of Co 3+ on OER activity of CoOOH based electrocatalysts for water splitting, and thus provides a new strategy for designing highly efficient electrocatalysts.
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