Selective Activation of Lattice Oxygen Site Through Coordination Engineering to Boost the Activity and Stability of Oxygen Evolution Reaction

析氧 催化作用 电催化剂 氧气 化学 尖晶石 分解 无机化学 化学工程 材料科学 物理化学 电化学 冶金 电极 工程类 有机化学
作者
Guikai Zhang,Jiajing Pei,Yueshuai Wang,Guowei Wang,Yongsheng Wang,Wenchao Liu,Jinfeng Xu,Pengfei An,Huan Huang,Lirong Zheng,Shengqi Chu,Juncai Dong,Jing Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (36): e202407509-e202407509 被引量:91
标识
DOI:10.1002/anie.202407509
摘要

Abstract Although Ru‐based materials are among the outstanding catalysts for the oxygen evolution reaction (OER), the instability issue still haunts them and impedes the widespread application. The instability of Ru‐based OER catalysts is generally ascribed to the formation of soluble species through the over‐oxidation of Ru and structural decomposition caused by involvement of lattice oxygen. Herein, an effective strategy of selectively activating the lattice oxygen around Ru site is proposed to improve the OER activity and stability. Our synthesized spinel‐type electrocatalyst of Ru and Zn co‐doped Co 3 O 4 showed an ultralow overpotential of 172 mV at 10 mA cm −2 and a long‐term stability reaching to 100 hours at 10 mA cm −2 for alkaline OER. The experimental results and theoretical simulations demonstrated that the lattice oxygen site jointly connected with the octahedral Ru and tetrahedral Zn atoms became more active than other oxygen sites near Ru atom, which further lowered the reaction energy barriers and avoided generating excessive oxygen vacancies to enhance the structural stability of Ru sites. The findings hope to provide a new perspective to improve the catalytic activity of Ru‐incorporated OER catalysts and the stability of lattice‐oxygen‐mediated mechanism.
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