Operando Investigation of Structural and Chemical Origin of Co3O4 Stability in Acid under Oxygen Evolution Reaction

电催化剂 材料科学 溶解 无定形固体 析氧 无机化学 物理化学 化学工程 结晶学 化学 电化学 电极 工程类
作者
Natarajan Karikalan,Munirathinam Elavarasan,Thomas C.‐K. Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (23): 27140-27148 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acsami.1c07267
摘要

Replacement of an expensive anode electrocatalyst in proton exchange membrane water electrolysis is of great importance. Recently explored Co3O4 shows good activity and stability toward oxygen evolution reaction (OER) in acid; however, the stability is not adequately explained. Lack of such information delays the design of an acid-stable OER electrocatalyst. Here, we investigate the structural origin of cobalt dissolution by various local atomic configurations of Co3O4. Operando Raman studies and voltammetric data reveal that chemical reduction of the CoO2 intermediate accompanied by lattice oxygen loss leads to undercoordinated CoO sites, which then react with water and form an amorphous three-dimensional (3D) porous network of CoO(OH)x, called the hydrous oxide layer (HOL). Growth of HOL mainly depends on the oxygen vacancies and near-surface OI- that impair the crystalline integrity and favor dissolution. These insights provide a fundamental relation between OER activity and stability and offer a specific guideline for the electrocatalyst design.
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