Self-optimizing Cobalt Tungsten Oxide Electrocatalysts toward Enhanced Oxygen Evolution in Alkaline Media

析氧 氧化钴 电催化剂 氧化物 化学工程 材料科学 化学 纳米技术 无机化学 电化学 物理化学 电极 冶金 工程类
作者
Christean Nickel,David Leander Troglauer,Zsolt Dallos,Dhouha Abid,Kevin Sowa,Magdalena Ola Cichocka,Ute Kolb,Boris Mashtakov,Shikang Han,Lijie Ci,Deping Li,Xiaohang Lin,Minghao Hua,Rongji Liu,Dandan Gao
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-vkd9h
摘要

Self-optimizing mixed metal oxides are a novel class of electrocatalysts for the advanced oxygen evolution reaction (OER). Here, we report the self-assembled cobalt and tungsten oxide nanostructures on the lab-synthesized copper oxide substrate via a one-step deposition approach. The resulting composite demonstrates remarkable self-optimization, achieving significantly reduced overpotentials and enhanced current densities. Mechanistic investigations reveal the origins of the boosted OER performance, highlighting substantial enhancements in OER kinetics, the electrocatalytically active surface area, surface wettability, and electrical conductivity. Interfacial restructuring of the electrocatalyst under operating conditions indicates the in situ formation of oxidized cobalt species as true active sites. Complementary density functional theory (DFT) analysis demonstrates the formation of *OOH as the rate-determining step of OER, and elucidates the self-activation mechanism originating from the adaptation of adsorbed oxygen intermediates binding site from tungsten to cobalt. Our study provides a fundamental understanding of the self-optimization mechanism and advances the knowledge-driven design of efficient water-splitting electrocatalysts.
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