Thermal suppression of charge disproportionation accelerates interface electron transfer of water electrolysis

歧化 电子转移 化学物理 电解水 化学 电解 电解质 析氧 材料科学 催化作用 电极 光化学 物理化学 电化学 生物化学
作者
Mengfei Lu,Yu Du,Shicheng Yan,Tao Yu,Zhigang Zou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (1): e2316054120-e2316054120 被引量:14
标识
DOI:10.1073/pnas.2316054120
摘要

The sluggish electron transfer kinetics in electrode polarization driven oxygen evolution reaction (OER) result in big energy barriers of water electrolysis. Accelerating the electron transfer at the electrolyte/catalytic layer/catalyst bulk interfaces is an efficient way to improve electricity-to-hydrogen efficiency. Herein, the electron transfer at the Sr3Fe2O7@SrFeOOH bulk/catalytic layer interface is accelerated by heating to eliminate charge disproportionation from Fe4+ to Fe3+ and Fe5+ in Sr3Fe2O7, a physical effect to thermally stabilize high-spin Fe4+ (t2g3eg1), providing available orbitals as electron transfer channels without pairing energy. As a result of thermal-induced changes in electronic states via thermal comproportionation, a sudden increase in OER performances was achieved as heating to completely suppress charge disproportionation, breaking a linear Arrhenius relationship. The strategy of regulating electronic states by thermal field opens a broad avenue to overcome the electron transfer barriers in water splitting.
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