Activity Origins and Design Principles of Nickel-Based Catalysts for Nucleophile Electrooxidation

亲核细胞 脱氢 电合成 电泳剂 催化作用 析氧 非阻塞I/O 氧气 无机化学 光化学 化学 组合化学 电化学 有机化学 物理化学 电极
作者
Wei Chen,Chao Xie,Yanyong Wang,Yuqin Zou,Chung‐Li Dong,Yu‐Cheng Huang,Zhaohui Xiao,Zengxi Wei,Shiqian Du,Chen Chen,Bo Zhou,Jianmin Ma,Shuangyin Wang
出处
期刊:Chem [Elsevier]
卷期号:6 (11): 2974-2993 被引量:304
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2020.07.022
摘要

Understanding how electrocatalysts function in a nucleophile oxidation reaction (NOR) on anode, replacing the oxygen evolution reaction (OER) of water splitting, is vital to the development of hydrogen generation and organic electrosynthesis. Here, we propose that for β-Ni(OH)2 and NiO, the NOR activity origins are β-Ni(OH)O containing electrophilic lattice oxygen and NiO(OH)ads containing electrophilic adsorption oxygen, respectively. For β-Ni(OH)2, NOR is a two-step, one-electron reaction, including an electrogenerated catalyst dehydrogenation reaction and a spontaneous nucleophile dehydrogenation reaction. Therefore, the NOR activity of β-Ni(OH)2 can be markedly regulated by tuning the lattice oxygen ligand environment. For β-Co0.1Ni0.9(OH)2, the onset potential of NOR with different nucleophiles is ∼1.29 V (1 M KOH), which breaks the bottleneck of ∼1.35 V for most nickel-based catalysts. Overall, we identify the activity origins and propose the design principles of nickel-based catalysts for NOR. These provide theoretical guidance for the development of NOR and organic electrosynthesis in practical industrial applications.
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