Activating Lattice Oxygen in Spinel Oxides via Engineering Octahedral Sites for Oxygen Evolution

尖晶石 析氧 过电位 氧气 化学 八面体 金属 催化作用 无机化学 晶体结构 材料科学 化学物理 结晶学 物理化学 电化学 冶金 电极 有机化学 生物化学
作者
Runzhe Chen,Zichen Wang,Suhao Chen,Wei Wu,Yu Zhu,Jun Zhong,Niancai Cheng
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (8): 3504-3511 被引量:73
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c01030
摘要

Spinel oxides, representing an emerging class of highly active catalysts for oxygen evolution (OER), suffer from weak covalency of metal d and oxygen p orbitals from their typical crystal structure, which generally proceeds the OER with an adsorbate evolution mechanism (AEM) pathway. For activating the lattice oxygen in spinel oxides to bypass the scaling relationship limitation of AEM, we herein grow the sulfate salts on the octahedral sites of spinel NiFe2O4 to introduce the Ni4+ cations and Ni vacancies in octahedral sites, which exhibit remarkable OER performance with an overpotential of 293 mV at 500 mA cm–2. Experiments and theoretical calculations reveal that the formation Ni4+ cations and Ni vacancies jointly enhance the metal–oxygen hybridization and strengthen the metal–oxygen bond covalency in both NiFe2O4 and NiFeOOH phases, activating the lattice oxygen and successfully triggering the lattice oxygen mechanism (LOM) pathway on spinel oxides.
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