Lattice Oxygen Activation through Deep Oxidation of Co 4 N by Jahn–Teller–Active Dopants for Improved Electrocatalytic Oxygen Evolution

氧气 催化作用 掺杂剂 析氧 化学物理 过渡金属 材料科学 价(化学) 化学 光化学 无机化学 化学工程 兴奋剂 物理化学 电化学 电极 光电子学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Jingrui Han,Haibin Wang,Yuting Wang,Hao Zhang,Jun Li,Yujian Xia,Jieshu Zhou,Ziyun Wang,Mingchuan Luo,Yuhang Wang,Ning Wang,Emiliano Cortés,Zumin Wang,Alberto Vomiero,Zhen‐Feng Huang,Hangxing Ren,Xianming Yuan,Songhua Chen,Donghui Feng,Xuhui Sun
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (33): e202405839-e202405839 被引量:204
标识
DOI:10.1002/anie.202405839
摘要

Abstract Triggering the lattice oxygen oxidation mechanism is crucial for improving oxygen evolution reaction (OER) performance, because it could bypass the scaling relation limitation associated with the conventional adsorbate evolution mechanism through the direct formation of oxygen–oxygen bond. High‐valence transition metal sites are favorable for activating the lattice oxygen, but the deep oxidation of pre‐catalysts suffers from a high thermodynamic barrier. Here, taking advantage of the Jahn–Teller (J–T) distortion induced structural instability, we incorporate high‐spin Mn 3+ ( ) dopant into Co 4 N. Mn dopants enable a surface structural transformation from Co 4 N to CoOOH, and finally to CoO 2 , as observed by various in situ spectroscopic investigations. Furthermore, the reconstructed surface on Mn‐doped Co 4 N triggers the lattice oxygen activation, as evidenced experimentally by pH‐dependent OER, tetramethylammonium cation adsorption and online electrochemical mass spectrometry measurements of 18 O‐labelled catalysts. In general, this work not only offers the introducing J–T effect approach to regulate the structural transition, but also provides an understanding about the influence of the catalyst's electronic configuration on determining the reaction route, which may inspire the design of more efficient catalysts with activated lattice oxygen.
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