Synergistic Activation Mechanism of Multidefect Structures in Atomically Thin Oxygen Evolution Electrocatalysts

材料科学 析氧 机制(生物学) 催化作用 氧气 化学工程 纳米技术 电催化剂 薄膜 燃料电池 氧还原 氧还原反应 反应机理
作者
Bowen Deng,Qing Zhang,Xiaoyi Dou,Tao Li,Mengyang Dong,Ziqi Sun,Ting Liao,Porun Liu,Hua Kun Liu,Ding Yuan,Yuhai Dou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (16): 23128-23136 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c25416
摘要

Amidst the global imperative for clean energy transition, electrocatalytic water splitting faces efficiency constraints due to sluggish oxygen evolution reaction (OER) kinetics. While defect engineering enhances OER catalysis, conventional single-/dual-defect systems have inherent optimization limitations. Herein, we engineer atomically thin CoOOH nanosheets as programmable carriers for a triple-defect coordination system (Mn 2+ /W 6+ dopants with Co vacancies). This unique ultrathin architecture, integrating heteroatom dopants and cationic vacancies, overcomes conventional characterization barriers by enabling atomic-scale imaging. Advanced structural analysis directly visualizes and confirms the multidefect configurations. Electrochemical assessment demonstrates exceptional activity (overpotential: 286 mV @ 10 mA cm –2 ) and stability (>100 h), while density functional theory (DFT) calculations reveal the mechanism of multidefect-synergy intermediate binding energy optimization─positioning the Gibbs free energy change of O (Δ G O ) nearly midway between Δ G OH and Δ G OOH . This work establishes a paradigm for rational electrocatalyst design by visualizing atomic-level multidefect interplay.
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