Understanding the Electronic Structure Evolution of Epitaxial LaNi1–xFexO3 Thin Films for Water Oxidation

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作者
Le Wang,Prajwal P. Adiga,Jiali Zhao,Widitha S. Samarakoon,Kelsey A. Stoerzinger,Steven R. Spurgeon,Bethany E. Matthews,Mark Bowden,Peter V. Sushko,Tiffany C. Kaspar,George E. Sterbinsky,Steve M. Heald,Han Wang,Linda W. Wangoh,Jinpeng Wu,Er‐Jia Guo,Haijie Qian,Jiaou Wang,Tamás Róbert Varga,Suntharampillai Thevuthasan
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:21 (19): 8324-8331 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c02901
摘要

Rare earth nickelates including LaNiO 3 are promising catalysts for water electrolysis to produce oxygen gas. Recent studies report that Fe substitution for Ni can significantly enhance the oxygen evolution reaction (OER) activity of LaNiO 3 . However, the role of Fe in increasing the activity remains ambiguous, with potential origins that are both structural and electronic in nature. On the basis of a series of epitaxial LaNi 1– x Fe x O 3 thin films synthesized by molecular beam epitaxy, we report that Fe substitution tunes the Ni oxidation state in LaNi 1– x Fe x O 3 and a volcano-like OER trend is observed, with x = 0.375 being the most active. Spectroscopy and ab initio modeling reveal that high-valent Fe 3+δ cationic species strongly increase the transition-metal (TM) 3d bandwidth via Ni–O–Fe bridges and enhance TM 3d–O 2p hybridization, boosting the OER activity. These studies deepen our understanding of structural and electronic contributions that give rise to enhanced OER activity in perovskite oxides.

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