Vacancy Promotion in Layered Double Hydroxide Electrocatalysts for Improved Oxygen Evolution Reaction Performance

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作者
Muhammad Zubair,Priyank V. Kumar,Malte Klingenhof,Bijil Subhash,Jodie A. Yuwono,Soshan Cheong,Yin Yao,Lars Thomsen,Peter Strasser,Richard D. Tilley,Nicholas M. Bedford
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (7): 4799-4810 被引量:75
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c05863
摘要

Layered double hydroxides (LDHs) are promising catalysts for the oxygen evolution reaction (OER) given their modular chemistry and ease of synthesis. Herein, we report a facile strategy for inclusion of oxygen vacancies (VO) using Ce as a promoter in Co–Ni LDHs that significantly enhances the activity for OER. In situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) uncovers an increase in octahedral Co sites and VO upon addition of Ce that promotes the transformation of the LDH into an oxyhydroxide-reactive phase more readily. The presence of an OER-active oxyhydroxide phase along with the generation of VO facilitated by the partial reduction of Ce4+ to Ce3+ under oxidizing conditions results in a better electrochemical activity of Ce-doped electrocatalysts. Density functional theory calculations further corroborate the in situ XAS experimental findings by showcasing that the presence of both Ce and VO reduces the free-energy barrier of the rate-limiting OH* deprotonation step during OER. This work showcases how an enhanced understanding of the role of VO promoters in LDH electrocatalysts can provide insights for future catalyst design in anodic reactions.
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