A bio-inspired coordination polymer as outstanding water oxidation catalyst via second coordination sphere engineering

塔菲尔方程 析氧 过电位 催化作用 质子耦合电子转移 电催化剂 电解水 电子转移 化学 光化学 分解水 无机化学 电解 物理化学 电极 有机化学 光催化 电解质 电化学
作者
Wenlong Li,Fusheng Li,Hao Yang,Xiujuan Wu,Peili Zhang,Shan Yu,Licheng Sun
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:331
标识
DOI:10.1038/s41467-019-13052-1
摘要

Abstract First-row transition metal-based catalysts have been developed for the oxygen evolution reaction (OER) during the past years, however, such catalysts typically operate at overpotentials ( η ) significantly above thermodynamic requirements. Here, we report an iron/nickel terephthalate coordination polymer on nickel form ( NiFeCP/NF ) as catalyst for OER, in which both coordinated and uncoordinated carboxylates were maintained after electrolysis. NiFeCP/NF exhibits outstanding electro-catalytic OER activity with a low overpotential of 188 mV at 10 mA cm −2 in 1.0 KOH, with a small Tafel slope and excellent stability. The pH-independent OER activity of NiFeCP/NF on the reversible hydrogen electrode scale suggests that a concerted proton-coupled electron transfer (c-PET) process is the rate-determining step (RDS) during water oxidation. Deuterium kinetic isotope effects, proton inventory studies and atom-proton-transfer measurements indicate that the uncoordinated carboxylates are serving as the proton transfer relays, with a similar function as amino acid residues in photosystem II (PSII), accelerating the proton-transfer rate.
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