Sustainable water oxidation enabled by a complex-doped cobalt oxide electrode

材料科学 Pourbaix图 化学工程 电化学 氧化物 尖晶石 催化作用 氧化钴 电解水 分解水 电解 兴奋剂 掺杂剂 电极 无机化学 电导率 纳米技术 水处理 氧化还原 电催化剂 重组 析氧 水煤气变换反应 可持续设计
作者
Hongsheng Wang,Jia Lei,Jiashun Wu,Yan Shi,Yunze Zhang,Miao Wang,Hao Fei,Siyuan Wang,Ziyi Wang,Ruoqi Liu,Tong Liu,Ting Shan Chan,Shu-Chih Haw,Cheng‐Wei Kao,Aleksandra Wanda BARON-WIECHEĆ,Changfeng Yan,Hui Kong,Zhenbin Wang,Fu-rong Chen,Jian Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 1302-1302 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-025-68064-x
摘要

Achieving sustainable water oxidation presents significant challenges, particularly employing cobalt-based electrocatalysts. Despite promising activities, many cobalt-based electrocatalysts undergo in-situ partial restructuring into disordered (oxy)hydroxides, as indicated by the Pourbaix diagram. This restructuring typically degrades structural integrity and electronic conductivity, undermining catalytic stability. Here, we propose a complex doping strategy to stabilize LiCoO2, a cobalt oxide that can be sourced from spent lithium-ion batteries, for sustainable water oxidation. Specifically, by co-doping LiCoO2 with Ni, Fe, and Pd, we mitigate the reconstructed extent of the in-situ generated spinel phase during water oxidation reaction and enhance electrochemical stability. Furthermore, complex doping improves the surface conductivity and facilitates gas removal, boosting mechanical robustness. Consequently, the optimized LiCo0.79Ni0.1Fe0.1Pd0.01O2 achieves a competitive water oxidation stability of over 2000 hours. Additionally, in membrane electrolyzer tests, LiCo0.79Ni0.1Fe0.1Pd0.01O2 outperforms the benchmark RuO2, delivering 2.5 A cm-2 at 1.58 V and maintaining stability for over 1400 hours. By elucidating the role of each dopant in LiCo0.79Ni0.1Fe0.1Pd0.01O2, this work offers critical insights for the rational design of sustainable water splitting electrodes.
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