Fe Doping Intensifies Built-in Electric Field for Tailoring the Reconstruction of Sulfides towards Efficient Oxygen Evolution

兴奋剂 电场 氧气 材料科学 领域(数学) 纳米技术 工程物理 化学物理 析氧 光电子学 化学 物理 物理化学 电极 电化学 有机化学 量子力学 数学 纯数学
作者
Kun Wang,Chunmei Ni,LJ Jin,Xingyue Qian,Hui Xu,Haiqun Chen,Guangyu He
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d4sc08789e
摘要

The traditional view of sulfides as stable active centers has hindered the development of a clear structure-activity relationship and the rational design of high-performance oxygen evolution reaction (OER) catalysts. In this study, we focus on regulating sulfide reconstruction and have synthesized a Fe-Ni3S4/Cr2O3 pre-catalyst. Under the combined influence of the built-in electric field (BIEF) at the heterogeneous interface and Fe doping, both the sulfide reconstruction process and the electronic structure of the reconstructed product, namely Fe-NiOOH, were effectively tuned. The enhanced BIEF induced by Fe doping generated electron-rich regions on the sulfide surface, stabilizing the reconstruction process. Fe doping into the sulfide induced the incorporation of Fe into NiOOH, modulating the electronic states near the Fermi level of the metal-oxygen bond and subsequently activating the lattice oxygen mediated mechanism (LOM) of Fe-NiOOH, which serves as the true active center. Additionally, the BIEF optimized OH- diffusion dynamics and the energy consumption of hydroxyl deprotonation, reducing the energy barrier of the rate-limiting step of the LOM process, further enhancing OER activity. Remarkably, Fe-Ni3S4/Cr2O3 demonstrated excellent OER activity and commercial viability. This work offers a new perspective on the regulation of reconstruction products of pre-catalyst, providing fresh insights for the design of efficient OER catalysts.

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