Probing Surface Transformations of Lanthanum Nickelate Electrocatalysts during Oxygen Evolution Reaction

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作者
Yi‐Hsuan Wu,Marcel Janák,Paula M. Abdala,Camelia N. Borca,Anna Wach,Agnieszka Kierzkowska,Felix Donat,Thomas Huthwelker,Denis A. Kuznetsov,Christoph R. Müller
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (17): 11887-11896 被引量:57
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00863
摘要

Monitoring the spontaneous reconstruction of the surface of metal oxides under electrocatalytic reaction conditions is critical to identifying the active sites and establishing structure-activity relationships. Here, we report on a self-terminated surface reconstruction of Ruddlesden-Popper lanthanum nickel oxide (La2NiO4+δ) that occurs spontaneously during reaction with alkaline electrolyte species. Using a combination of high-resolution scanning transmission electron microscopy (HR-STEM), surface-sensitive X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS), as well as electrochemical techniques, we identify the structure of the reconstructed surface layer as an amorphous (oxy)hydroxide phase that features abundant under-coordinated nickel sites. No further amorphization of the crystalline oxide lattice (beyond the ∼2 nm thick layer formed) was observed during oxygen evolution reaction (OER) cycling experiments. Notably, the formation of the reconstructed surface layer increases the material's oxygen evolution reaction (OER) activity by a factor of 45 when compared to that of the pristine crystalline surface. In contrast, a related perovskite phase, i.e., LaNiO3, did not show noticeable surface reconstruction, and also no increase in its OER activity was observed. This work provides detailed insight into a surface reconstruction behavior dictated by the crystal structure of the parent oxide and highlights the importance of surface dynamics under reaction conditions.
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