Tuning Co2+ Coordination in Cobalt Layered Double Hydroxide Nanosheets via Fe3+ Doping for Efficient Oxygen Evolution

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作者
Yue Zheng,Rui Gao,Yunsheng Qiu,Lirong Zheng,Zhongbo Hu,Xiangfeng Liu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:60 (7): 5252-5263 被引量:59
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.1c00248
摘要

Inexpensive and efficient electrocatalysts are crucial for the development and practical application of energy conversion and storage technologies. Layered-double-hydroxide (LDH) materials have attracted much attention due to the special layered structure, but their electrocatalytic activity and stability are still limited. Herein, we propose to tune Co 2+ occupancy and coordination in cobalt-based LDH nanosheets via Fe 3+ doping for efficient and stable electrocatalysis for oxygen evolution reaction (OER). It is found that Fe doping regulates the occupancy and coordination of Co 2+ in CoO 4 tetrahedrons and CoO 6 octahedrons of Co-LDHs. Through density functional theory calculation, we also clarified that Fe 3+ not only modulated the Co 2+ coordination but also functioned as an added catalytic active site. LDH nanosheets with a Co/Fe ratio of 5:1 show a low OER overpotential, much better than the commercial IrO 2, owing to the modulation of Fe 3+ doping on the crystal and electronic structures. After appropriate incorporation of Fe 3+, the almost inactive octahedral coordinated Co 2+ is significantly activated with a partial deletion of tetrahedral coordinated Co 2+, which greatly boosts the overall electrocatalytic activity. This study offers some new insights into tuning the crystal and electronic structures of LDHs by lattice doping to achieve high-efficiency electrocatalysis for OER.
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