Spin‐Selective Coupling in Mott–Schottky Er2O3‐Co Boosts Electrocatalytic Oxygen Reduction

联轴节(管道) 可逆氢电极 催化作用 化学 电化学 纳米技术 材料科学 电极 物理化学 工作电极 有机化学 冶金
作者
Xuan Wang,Meng Li,Pu Wang,Dongmei Sun,Linfei Ding,Hao Li,Yawen Tang,Gengtao Fu
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:7 (7) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/smtd.202300100
摘要

Alkaline oxygen reduction reaction (ORR) is critical to electrochemical energy conversion technology, yet the rational breaking of thermodynamic inhibition for ORR through spin regulation remains a challenge. Herein, a Mott-Schottky catalyst consisting of Er2 O3 -Co particles uniformly implanted into carbon nanofibers (Er2 O3 -Co/CNF) is designed for enhancing ORR via spin-selective coupling. The optimized Er2 O3 -Co/CNF affords a high half-wave potential (0.835 V vs reversible hydrogen electrode, RHE) and onset potential (0.989 VRHE ) for the ORR surpassing individual Co/CNF and Er2 O3 /CNF. Theoretical calculations reveal the introduction of Er2 O3 optimizes the electronic structure of Co through Er(4f)-O(2p)-Co(3d) gradient orbital coupling, resulting in significantly enhanced ORR performance. Through gradient orbital coupling, the induced spin-up hole in Co 3d states endows the Er-O-Co unit active site with a spin-selective coupling channel for electron transition. This favors the decrease of the energy gap in the potential-limiting step, thus achieving a high theoretical limiting potential of 0.77 VRHE for the Er2 O3 -Co. Moreover, the potential practicability of Er2 O3 -Co/CNF as an air-cathode is also demonstrated in Zn-air batteries. This work is believed to provide, new perspectives for the design of efficient ORR electrocatalysts by engineering spin-selective coupling induced by rare-earth oxides.
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