Non-covalent ligand-oxide interaction promotes oxygen evolution

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作者
Qianbao Wu,Junwu Liang,Mengjun Xiao,Chang Long,Lei Li,Zhenhua Zeng,Andraž Mavrič,Xia Zheng,Jing Zhu,Hai‐Wei Liang,Hongfei Liu,Matjaž Valant,Wei Wang,Zhengxing Lv,Jiong Li,Chunhua Cui
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:50
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36718-3
摘要

Strategies to generate high-valence metal species capable of oxidizing water often employ composition and coordination tuning of oxide-based catalysts, where strong covalent interactions with metal sites are crucial. However, it remains unexplored whether a relatively weak "non-bonding" interaction between ligands and oxides can mediate the electronic states of metal sites in oxides. Here we present an unusual non-covalent phenanthroline-CoO2 interaction that substantially elevates the population of Co4+ sites for improved water oxidation. We find that phenanthroline only coordinates with Co2+ forming soluble Co(phenanthroline)2(OH)2 complex in alkaline electrolytes, which can be deposited as amorphous CoOxHy film containing non-bonding phenanthroline upon oxidation of Co2+ to Co3+/4+. This in situ deposited catalyst demonstrates a low overpotential of 216 mV at 10 mA cm-2 and sustainable activity over 1600 h with Faradaic efficiency above 97%. Density functional theory calculations reveal that the presence of phenanthroline can stabilize CoO2 through the non-covalent interaction and generate polaron-like electronic states at the Co-Co center.
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