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Low‐Spin‐Induced Optimization of Intermediate Adsorption in Selenium‐Incorporated Layered Double Hydroxides for Enhanced Electrochemical Water Splitting

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作者
Yutong Wang,Yilin Liang,Dawei Chu,Jingyan An,Dong‐Feng Chai,Wenzhi Zhang,Yue Li,Guohua Dong,Dongxuan Guo
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (47): e08466-e08466 被引量:2
标识
DOI:10.1002/smll.202508466
摘要

Abstract The rational manipulation of spin configurations in cobalt‐based electrocatalysts offers a viable strategy for optimizing oxygen and hydrogen evolution activities. Nevertheless, the intermediate spin (IS) configuration of Co 2+ sites, featuring partially occupied d orbitals, triggers suboptimal adsorption with oxygenated species. In this work, selenium incorporation into CoCr layered double hydroxides (LDH) is demonstrated to induce spin‐state transition, activating inert sites and stabilizing the low‐spin (LS) Co 2+ configuration. The low spin‐state materials exhibit superior electrocatalytic activity, requiring overpotentials of merely 284.0 and 130.0 mV for oxygen and hydrogen evolution reactions, respectively, at 10 mA cm −2 , while maintaining excellent durability over 168 h. The lowered e g occupancy in low‐spin Co 2+ results in electronic asymmetry and enhances electron density at the metal center. This electronic configuration facilitates robust Co 3d‐O 2p orbital hybridization, which enhances the adsorption of oxygenated intermediates by elevating the d‐band center toward the Fermi level, optimizing adsorption energetics. Moreover, low‐spin Co 2+ ’s paired d‐orbital electron configuration minimizes high‐energy antibonding e g orbital occupancy, enhancing crystal lattice stability. Overall, this work establishes that spin state modulation in transition metals significantly lowers reaction energy barriers, offering a promising strategy for developing high‐performance electrocatalysts.
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