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Vacancy Engineering of Fe‐Doped CoNi 2 S 4 @CC Boosting the Oxygen Evolution Reaction and Overall Water Splitting

空位缺陷 过电位 材料科学 杂原子 塔菲尔方程 析氧 分解水 兴奋剂 催化作用 化学物理 纳米技术 电化学 化学 物理化学 光电子学 结晶学 电极 光催化 有机化学 生物化学 戒指(化学)
作者
Kaiyu Liu,Yanzhen Qiu,Wenqi Liu,Yufeng Zhang,Huimin Jiang,Jianjian Lin
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:31 (46): e01618-e01618
标识
DOI:10.1002/chem.202501618
摘要

Abstract Transition metal sulfides have emerged as promising alternatives to precious metal catalysts for sustainable electrocatalytic hydrogen production. However, achieving simultaneous optimization of active site exposure and vacancy‐electron interplay remains a critical challenge. Herein, we develop a dual‐regulation strategy integrating Fe‐doping and high‐temperature annealing to synthesize sulfur‐deficient Fe‐doped CoNi 2 S 4 @CC nanocatalysts (Fe‐CoNi 2 S 4‐x @CC). The approach innovatively combines heteroatom doping and vacancy engineering, where iron doping leads to lattice dilation and sulfur vacancies create vacancy defects, thereby exposing a large number of active sites. The designed catalysts have iron‐induced charge redistribution and vacancy tailored adsorption energies synergistically in the dual active center and expose more active sites to accelerate charge transfer. Intriguingly, the Fe‐CoNi 2 S 4‐x @CC achieves a low overpotential of 194.72 mV@10 mA cm −2 in alkaline media, surpassing most reported CoNi‐based sulfides. More remarkably, it demonstrates exceptional kinetics with a Tafel slope of 43.2 mV dec −1 and enhanced active site utilization evidenced by its high electrochemical double layer capacitance value (31.3 mF cm −2 ). This work presents a significant advance for the rational design of high‐performance OER catalysts by demonstrating a synergistic modulation strategy that integrates cation doping and vacancy engineering in Fe‐doped CoNi 2 S 4 @CC, which not only optimizes the electronic structure but also increases the rate of charge transfer to enhance the catalytic activity.
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