Promoting Active Species Generation by Plasmon-Induced Hot-Electron Excitation for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution

析氧 塔菲尔方程 过电位 化学 催化作用 分解水 纳米颗粒 表面等离子共振 光化学 电化学 化学工程 纳米技术 光催化 电极 物理化学 材料科学 工程类 生物化学
作者
Guigao Liu,Peng Li,Guixia Zhao,Xin Wang,Jintao Kong,Huimin Liu,Huabin Zhang,Kun Chang,Shihe Yang,Tetsuya Kako,Jinhua Ye
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (29): 9128-9136 被引量:308
标识
DOI:10.1021/jacs.6b05190
摘要

Water splitting represents a promising technology for renewable energy conversion and storage, but it is greatly hindered by the kinetically sluggish oxygen evolution reaction (OER). Here, using Au-nanoparticle-decorated Ni(OH)2 nanosheets [Ni(OH)2-Au] as catalysts, we demonstrate that the photon-induced surface plasmon resonance (SPR) excitation on Au nanoparticles could significantly activate the OER catalysis, specifically achieving a more than 4-fold enhanced activity and meanwhile affording a markedly decreased overpotential of 270 mV at the current density of 10 mA cm(-2) and a small Tafel slope of 35 mV dec(-1) (no iR-correction), which is much better than those of the benchmark IrO2 and RuO2, as well as most Ni-based OER catalysts reported to date. The synergy of the enhanced generation of Ni(III/IV) active species and the improved charge transfer, both induced by hot-electron excitation on Au nanoparticles, is proposed to account for such a markedly increased activity. The SPR-enhanced OER catalysis could also be observed over cobalt oxide (CoO)-Au and iron oxy-hydroxide (FeOOH)-Au catalysts, suggesting the generality of this strategy. These findings highlight the possibility of activating OER catalysis by plasmonic excitation and could open new avenues toward the design of more-energy-efficient catalytic water oxidation systems with the assistance of light energy.
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