Bioinspired trimesic acid anchored electrocatalysts with unique static and dynamic compatibility for enhanced water oxidation

偏苯三甲酸 相容性(地球化学) 材料科学 纳米技术 计算机科学 化学 分子 有机化学 复合材料
作者
Xiaojing Lin,Zhaojie Wang,Shoufu Cao,Yuying Hu,Siyuan Liu,Xiaohong Chen,Hongyu Chen,Xingheng Zhang,Shuxian Wei,Hui Xu,Zhi Cheng,Qi Hou,Daofeng Sun,Xiaoqing Lü
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1): 6714-6714 被引量:107
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42292-5
摘要

Abstract Layered double hydroxides are promising candidates for the electrocatalytic oxygen evolution reaction. Unfortunately, their catalytic kinetics and long-term stabilities are far from satisfactory compared to those of rare metals. Here, we investigate the durability of nickel-iron layered double hydroxides and show that ablation of the lamellar structure due to metal dissolution is the cause of the decreased stability. Inspired by the amino acid residues in photosystem II, we report a strategy using trimesic acid anchors to prepare the subsize nickel-iron layered double hydroxides with kinetics, activity and stability superior to those of commercial catalysts. Fundamental investigations through operando spectroscopy and theoretical calculations reveal that the superaerophobic surface facilitates prompt release of the generated O 2 bubbles, and protects the structure of the catalyst. Coupling between the metals and coordinated carboxylates via C‒O‒Fe bonding prevents dissolution of the metal species, which stabilizes the electronic structure by static coordination. In addition, the uncoordinated carboxylates formed by dynamic evolution during oxygen evolution reaction serve as proton ferries to accelerate the oxygen evolution reaction kinetics. This work offers a promising way to achieve breakthroughs in oxygen evolution reaction stability and dynamic performance by introducing functional ligands with static and dynamic compatibilities.
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