Evolving Highly Active Oxidic Iron(III) Phase from Corrosion of Intermetallic Iron Silicide to Master Efficient Electrocatalytic Water Oxidation and Selective Oxygenation of 5‐Hydroxymethylfurfural

材料科学 金属间化合物 电催化剂 硅化物 腐蚀 化学工程 氧化还原 无机化学 电化学 金属 合金 冶金 化学 物理化学 电极 工程类
作者
J. Niklas Hausmann,Rodrigo Beltrán‐Suito,Stefan Mebs,Viktor Hlukhyy,Thomas F. Fässler,Holger Dau,Matthias Drieß,Prashanth W. Menezes
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (27): e2008823-e2008823 被引量:140
标识
DOI:10.1002/adma.202008823
摘要

Abstract In a green energy economy, electrocatalysis is essential for chemical energy conversion and to produce value added chemicals from regenerative resources. To be widely applicable, an electrocatalyst should comprise the Earth's crust's most abundant elements. The most abundant 3d metal, iron, with its multiple accessible redox states has been manifold applied in chemocatalytic processes. However, due to the low conductivity of Fe III O x H y phases, its applicability for targeted electrocatalytic oxidation reactions such as water oxidation is still limited. Herein, it is shown that iron incorporated in conductive intermetallic iron silicide (FeSi) can be employed to meet this challenge. In contrast to silicon‐poor iron–silicon alloys, intermetallic FeSi possesses an ordered structure with a peculiar bonding situation including covalent and ionic contributions together with conducting electrons. Using in situ X‐ray absorption and Raman spectroscopy, it could be demonstrated that, under the applied corrosive alkaline conditions, the FeSi partly forms a unique, oxidic iron(III) phase consisting of edge and corner sharing [FeO 6 ] octahedra together with oxidized silicon species. This phase is capable of driving the oxyge evolution reaction (OER) at high efficiency under ambient and industrially relevant conditions (500 mA cm −2 at 1.50 ± 0.025 V RHE and 65 °C) and to selectively oxygenate 5‐hydroxymethylfurfural (HMF).
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