Operando Spectroscopic Identification of Active Sites in NiFe Prussian Blue Analogues as Electrocatalysts: Activation of Oxygen Atoms for Oxygen Evolution Reaction

普鲁士蓝 化学 过电位 析氧 电催化剂 催化作用 电化学 无机化学 氧化还原 脱质子化 镍 氢氧化物 氧气 光化学 离子 物理化学 电极 有机化学
作者
Xiaozhi Su,Yu Wang,J. Zhou,Songqi Gu,Jiong Li,Shuo Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (36): 11286-11292 被引量:447
标识
DOI:10.1021/jacs.8b05294
摘要

Developing highly efficient oxygen evolution reaction (OER) catalysts and understanding their activity are pivotal for electrochemical conversion technologies. Here, we report NiFe Prussian blue analogue (PBA) as a promising electrocatalyst for OER in alkaline conditions. This material has an impressively low overpotential of 258 mV that reaches a current density of 10 mA cm-2. Post-mortem characterization showed that the as-prepared catalyst is entirely transformed into amorphous nickel hydroxide after the electrochemical treatment, and Ni(OH)2 acts as the active species. Operando X-ray spectroscopic studies further found that this in situ generated Ni(OH)2 displays an unique feature that allows deprotonation under applied potential creating NiOOH2- x that contains Ni4+ ions. The deprotonation reaction is reversible and potential-dependent, i.e., the amount of Ni4+ increases with increasing applied potential. Theoretical calculations were used to show that the role of Ni4+ is to trigger oxidized oxygen ions as electrophilic centers with the subsequent activation of anion redox reactions for OER.
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