Interface Charge Transfer of Heteroatom Boron Doping Cobalt and Cobalt Nitride for Boosting Water Oxidation

杂原子 兴奋剂 材料科学 氮化硼 无机化学 光化学 化学 光电子学 纳米技术 冶金 有机化学 戒指(化学)
作者
Fuzhan Song,Xiang Ding,Yangyang Wan,Tong Zhang,Guisheng Yin,Jesse B. Brown,Yi Rao
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:16 (14): 3535-3543 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.4c03374
摘要

Designing high-performance transition-metal electrocatalysts with controlled active heterointerfacial sites for catalyzing the electrochemical oxygen evolution reaction (OER) is very desirable but remains a great challenge. Here, a facile strategy for the synthesis of transition-metal nitride-based interfacial electrocatalysts boron-doped cobalt/cobalt nitride (B-Co/Co2N) is demonstrated with optimal heterointerfaces between Co and Co2N electrocatalysts by introducing boron as a dopant to the former. Benefiting from the unique electronegativity of B, the obtained B-Co/Co2N electrocatalysts show excellent OER performance with overpotential inputs of as low as 262 and 310 mV for 10 and 100 mA cm-2, which are 1.4 and 6.6 times higher than those of Co/Co2N with the same potential input, respectively. The experimental and theoretical results demonstrate the role of the B dopant in inducing charge redistribution of Co active sites in the Co/Co2N interfacial region, which results in a downshift of the Co 3d band center, the optimal oxidation state of active sites for *OOH formation, and lower energy barriers. Furthermore, the assembled electrolyzer can steadily produce an industrial-grade current density of 1000 mA cm-2 at a cell voltage input of only 1.81 V for at least 100 h with a Faradaic efficiency near 100%. This study provides a promising strategy for heteroatom-doped interfacial electrocatalysts with high performance for energy and environmental applications.
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