Engineering High‐Spin State Cobalt Cations in Sulfide Spinel for Enhancing Water Oxidation

过电位 尖晶石 硫化钴 催化作用 化学 硫化物 析氧 自旋态 氧化态 离子 未成对电子 钴 光化学 无机化学 材料科学 物理化学 激进的 电化学 有机化学 冶金 生物化学 电极
作者
Shuowen Bo,Qizheng An,Xiuxiu Zhang,Huijuan Wang,Ju‐Guang Han,Weiren Cheng,Qinghua Liu
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:8 (3): e2300816-e2300816 被引量:14
标识
DOI:10.1002/smtd.202300816
摘要

The spin states of active sites have a significant impact on the adsorption/desorption ability of the reaction intermediates during the oxygen evolution reaction (OER). Sulfide spinel is not generally considered a highly efficient OER catalyst owing to the low spin state of Co3+ and the lack of unpaired electrons available for adsorption of reaction intermediates. Herein, it is proposed a novel Nd-evoked valence electronic adjustment strategy to engineer the spin state of Co ions. The unique f-p-d orbital electronic coupling effect stimulates the rearrangement of Co d orbital electrons and increases the eg electron filling to achieve high-spin state Co ions, which promotes charge transport by propagating a spin channel and generates a high number of active sites for intermediate adsorption. The optimized CuCo1.75 Nd0.25 S4 catalyst exhibits outstanding electrocatalytic properties with a low overpotential of 320 mV at 500 mA cm-2 and a 48 h stability at 300 mA cm-2 . In situ synchrotron radiation infrared spectra confirm the quick accumulation of key *OOH and *O intermediates. This work deepens the comprehensive understanding of the relationship between OER activity and spin configurations of Co ions and offers a new design strategy for spinel compound catalysts.
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