Pivotal role of reversible NiO6 geometric conversion in oxygen evolution

氧化还原 电子转移 氧气 析氧 化学物理 化学 光化学 金属 费米能级 电化学 电子 无机化学 物理化学 电极 物理 量子力学 有机化学
作者
Xiaopeng Wang,Shibo Xi,Pengru Huang,Yonghua Du,Haoyin Zhong,Qing Wang,Armando Borgna,Yong‐Wei Zhang,Zhen‐Bo Wang,Hao Wang,Zhi Gen Yu,Wee Siang Vincent Lee,Junmin Xue
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:611 (7937): 702-708 被引量:551
标识
DOI:10.1038/s41586-022-05296-7
摘要

Realizing an efficient electron transfer process in the oxygen evolution reaction by modifying the electronic states around the Fermi level is crucial in developing high-performing and robust electrocatalysts1-3. Typically, electron transfer proceeds solely through either a metal redox chemistry (an adsorbate evolution mechanism (AEM), with metal bands around the Fermi level) or an oxygen redox chemistry (a lattice oxygen oxidation mechanism (LOM), with oxygen bands around the Fermi level), without the concurrent occurrence of both metal and oxygen redox chemistries in the same electron transfer pathway1-15. Here we report an electron transfer mechanism that involves a switchable metal and oxygen redox chemistry in nickel-oxyhydroxide-based materials with light as the trigger. In contrast to the traditional AEM and LOM, the proposed light-triggered coupled oxygen evolution mechanism requires the unit cell to undergo reversible geometric conversion between octahedron (NiO6) and square planar (NiO4) to achieve electronic states (around the Fermi level) with alternative metal and oxygen characters throughout the oxygen evolution process. Utilizing this electron transfer pathway can bypass the potential limiting steps, that is, oxygen-oxygen bonding in AEM and deprotonation in LOM1-5,8. As a result, the electrocatalysts that operate through this route show superior activity compared with previously reported electrocatalysts. Thus, it is expected that the proposed light-triggered coupled oxygen evolution mechanism adds a layer of understanding to the oxygen evolution research scene.
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