Enhanced oxygen evolution over dual corner-shared cobalt tetrahedra

析氧 电化学 四面体 催化作用 材料科学 分解水 密度泛函理论 氧气 结晶学 化学 无机化学 电极 光催化 计算化学 物理化学 有机化学 生物化学
作者
Yubo Chen,Joon Kyo Seo,Yuanmiao Sun,Thomas A. Wynn,Marco Olguin,Minghao Zhang,Jingxian Wang,Shibo Xi,Yonghua Du,Kaidi Yuan,Wei Chen,Adrian C. Fisher,Maoyu Wang,Zhenxing Feng,José Gracia,Huang Li,Shixuan Du,Shixuan Du,Ying Shirley Meng,Zhichuan J. Xu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33000-w
摘要

Developing efficient catalysts is of paramount importance to oxygen evolution, a sluggish anodic reaction that provides essential electrons and protons for various electrochemical processes, such as hydrogen generation. Here, we report that the oxygen evolution reaction (OER) can be efficiently catalyzed by cobalt tetrahedra, which are stabilized over the surface of a Swedenborgite-type YBCo4O7 material. We reveal that the surface of YBaCo4O7 possesses strong resilience towards structural amorphization during OER, which originates from its distinctive structural evolution toward electrochemical oxidation. The bulk of YBaCo4O7 composes of corner-sharing only CoO4 tetrahedra, which can flexibly alter their positions to accommodate the insertion of interstitial oxygen ions and mediate the stress during the electrochemical oxidation. The density functional theory calculations demonstrate that the OER is efficiently catalyzed by a binuclear active site of dual corner-shared cobalt tetrahedra, which have a coordination number switching between 3 and 4 during the reaction. We expect that the reported active structural motif of dual corner-shared cobalt tetrahedra in this study could enable further development of compounds for catalyzing the OER.

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