Oxidation of interfacial cobalt controls the pH dependence of the oxygen evolution reaction

化学 析氧 氧气 氧化还原 无机化学 有机化学 物理化学 电化学 电极
作者
Jinzhen Huang,Adam H. Clark,Natasha Hales,Kenneth Crossley,Julie Guehl,Radim Skoupý,Thomas J. Schmidt,Emiliana Fabbri
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:17 (6): 856-864 被引量:86
标识
DOI:10.1038/s41557-025-01784-1
摘要

Transition metal oxides often undergo dynamic surface reconstruction under oxygen evolution reaction conditions to form the active state, which differs in response to the electrolyte pH. The resulting pH dependency of catalytic activity is commonly observed but poorly understood. Herein we track Co oxidation state changes at different pH-directed (hydr)oxide/electrolyte interfaces using operando X-ray absorption spectroscopy characterizations. Combined with in situ electrochemical analyses, we establish correlations between Co redox dynamics, the flat band potential and Co oxidation state changes to explain the pH dependency of the oxygen evolution activity. Alkaline environments provide a low flat band potential that yields a low-potential Co redox transformation, which favours surface reconstruction. Neutral and acidic environments afford an anodic shift of the Co redox transformation that increases the catalytic overpotential. The larger overpotential in neutral environments is attributable to poor Co atom polarizability and slow Co oxidation state changes. These findings reveal that interfacial Co oxidation state changes directly determine the pH dependency of the oxygen evolution reaction activity.
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