High-Valence Cu Induced by Photoelectric Reconstruction for Dynamically Stable Oxygen Evolution Sites

化学 价(化学) 析氧 氧气 催化作用 过电位 无定形固体 化学物理 无机化学 光化学 结晶学 物理化学 电化学 有机化学 生物化学 哲学 语言学 电极
作者
Zhi Cai,Lidong Li,Peijia Ding,Dawei Pang,Mingyuan Xu,Ziyan Xu,Jianxin Kang,Tianqi Guo,Gilberto Teobaldi,Zhongchang Wang,Limin Liu,Lin Guo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (28): 19295-19302 被引量:25
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04975
摘要

Oxygen vacancies are generally considered to play a crucial role in the oxygen evolution reaction (OER). However, the generation of active sites created by oxygen vacancies is inevitably restricted by their condensation and elimination reactions. To overcome this limitation, here, we demonstrate a novel photoelectric reconstruction strategy to incorporate atomically dispersed Cu into ultrathin (about 2-3 molecular) amorphous oxyhydroxide (a-CuM, M = Co, Ni, Fe, or Zn), facilitating deprotonation of the reconstructed oxyhydroxide to generate high-valence Cu. The in situ XAFS results and first-principles calculations reveal that Cu atoms are stabilized at high valence during the OER process due to Jahn-Teller distortion, resulting in para-type double oxygen vacancies as dynamically stable catalytic sites. The optimal a-CuCo catalyst exhibits a record-high mass activity of 3404.7 A g-1 at an overpotential of 300 mV, superior to the benchmarking hydroxide and oxide catalysts. The developed photoelectric reconstruction strategy opens up a new pathway to construct in situ stable oxygen vacancies by high-valence Cu single sites, which extends the design rules for creating dynamically stable active sites.
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