Dynamic surface self-reconstruction is the key of highly active perovskite nano-electrocatalysts for water splitting

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作者
Emiliana Fabbri,Maarten Nachtegaal,Tobias Binninger,Xi Cheng,Bae-Jung Kim,Julien Durst,Francesco Bozza,Thomas Graule,R. Schäublin,Luke Wiles,Morgan Pertoso,Nemanja Danilovic,Katherine E. Ayers,Thomas J. Schmidt
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:16 (9): 925-931 被引量:864
标识
DOI:10.1038/nmat4938
摘要

The growing need to store increasing amounts of renewable energy has recently triggered substantial R&D efforts towards efficient and stable water electrolysis technologies. The oxygen evolution reaction (OER) occurring at the electrolyser anode is central to the development of a clean, reliable and emission-free hydrogen economy. The development of robust and highly active anode materials for OER is therefore a great challenge and has been the main focus of research. Among potential candidates, perovskites have emerged as promising OER electrocatalysts. In this study, by combining a scalable cutting-edge synthesis method with time-resolved X-ray absorption spectroscopy measurements, we were able to capture the dynamic local electronic and geometric structure during realistic operando conditions for highly active OER perovskite nanocatalysts. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ as nano-powder displays unique features that allow a dynamic self-reconstruction of the material's surface during OER, that is, the growth of a self-assembled metal oxy(hydroxide) active layer. Therefore, besides showing outstanding performance at both the laboratory and industrial scale, we provide a fundamental understanding of the operando OER mechanism for highly active perovskite catalysts. This understanding significantly differs from design principles based on ex situ characterization techniques.
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