Low-spin state of Fe in Fe-doped NiOOH electrocatalysts

自旋态 析氧 溶解度 兴奋剂 材料科学 旋转交叉 自旋(空气动力学) 氧化态 电化学 化学 无机化学 金属 物理化学 热力学 电极 冶金 物理 光电子学
作者
Zhengda He,Rebekka Tesch,Mohammad J. Eslamibidgoli,Michael Eikerling,Piotr M. Kowalski
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:87
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38978-5
摘要

Doping with Fe boosts the electrocatalytic performance of NiOOH for the oxygen evolution reaction (OER). To understand this effect, we have employed state-of-the-art electronic structure calculations and thermodynamic modeling. Our study reveals that at low concentrations Fe exists in a low-spin state. Only this spin state explains the large solubility limit of Fe and similarity of Fe-O and Ni-O bond lengths measured in the Fe-doped NiOOH phase. The low-spin state renders the surface Fe sites highly active for the OER. The low-to-high spin transition at the Fe concentration of ~ 25% is consistent with the experimentally determined solubility limit of Fe in NiOOH. The thermodynamic overpotentials computed for doped and pure materials, η = 0.42 V and 0.77 V, agree well with the measured values. Our results indicate a key role of the low-spin state of Fe for the OER activity of Fe-doped NiOOH electrocatalysts.
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