Zirconium-Doped Co3O4 for Enhancing the Acidic Oxygen Evolution Reaction by Triggering the Lattice Oxygen-Mediated Mechanism

材料科学 氧气 兴奋剂 无机化学 化学 冶金 有机化学 光电子学
作者
Xu Zhao,Yiqun Shao,Junjie Cai,Xin Yue,Shaoming Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c05725
摘要

Developing high-performance electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) in an acidic environment is crucial for practical application in proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWE). Due to its favorable performance in an acidic environment, spinel-type Co3O4 has drawn considerable attention, although it remains inferior to precious metal-based electrocatalysts. In this study, we demonstrate that the catalytic activity and stability of Co3O4 can be enhanced by doping Zr into the octahedral interstices of Co3O4, which effectively triggers the fast lattice oxygen-mediated mechanism (LOM). Thus, as-fabricated Zr-doped Co3O4 (ZrxCo3-xO4) exhibits efficient activity and fast kinetics in an acidic OER. ZrxCo3-xO4 demonstrates excellent stability by maintaining a current density of 100 mA cm-2 for 60 h. In addition, in situ electrochemical tests and theoretical calculations prove that doping Zr into the lattice of Co3O4 can enhance the hybridization of the Co d and O p orbitals. This significantly optimizes the adsorption of intermediates during the AEM pathway and further triggers the LOM pathway, ultimately facilitating the OER process.
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