Phosphorus-Driven Dual d-Band Harmonization for Reversible Electrocatalysis

化学 电催化剂 自旋极化 兴奋剂 纳米技术 光电子学 物理化学 材料科学 电子 电化学 电极 量子力学 物理
作者
Yiming Zhang,Lanling Zhao,Jun Wang,Yao Liu,Zidong Zhang,Wenwen Cai,Jizhen Ma,Jintao Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (31): 27367-27376 被引量:44
标识
DOI:10.1021/jacs.5c03061
摘要

To develop effective electrocatalysts, the d-band center theory has been a reliable predictor of electrocatalytic activity in transition-metal-based catalysts. However, it fails to accurately describe magnetic systems influenced by spin polarization. Herein, phosphorus doping was introduced into cobalt diselenide on a hive-like carbon framework with nitrogen insertion (P-CoSe 2 @NC), which significantly enhances electrocatalytic performance for reversible CO 2 conversion in an advanced Li–CO 2 battery with specific capacities around 17,000 mAh g –1, high-rate performance, and good longevity exceeding 600 h in a pouch cell. Phosphorus doping induces lattice torsion in CoSe 2, leading to strain-caused changes in the d-band center across different crystal planes, which are linked with the redistribution of spin states. To address the limitations of the traditional single d-band center model, the dual center model reveals how phosphorus doping effectively harmonizes the competition between spin orbitals, originating from changes in higher spin states. Such equilibrium moderates interactions with electrochemical intermediates to lower reaction energy barriers, enhancing reversible electrocatalysis for Li–CO 2 batteries. Therefore, strain-induced changes in the d-band centers, coupled with alterations in spin states, underline the enhanced electrocatalytic performance observed. This work provides novel insights into regulating bifunctional electrocatalytic activities in spin-polarized systems through a dual d-band center approach, utilizing nonmetal doping to optimize performance.
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