Engineering High‐Spin State Cobalt Cations in Spinel Zinc Cobalt Oxide for Spin Channel Propagation and Active Site Enhancement in Water Oxidation

尖晶石 析氧 煅烧 无机化学 氧化钴 自旋态 电化学 材料科学 催化作用 化学 氧化物 物理化学 电极 冶金 生物化学
作者
Yuanmiao Sun,Xiao Ren,Shengnan Sun,Zheng Liu,Shibo Xi,Zhichuan J. Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (26): 14536-14544 被引量:322
标识
DOI:10.1002/anie.202102452
摘要

Abstract Spinel zinc cobalt oxide (ZnCo 2 O 4 ) is not considered as a superior catalyst for the electrochemical oxygen evolution reaction (OER), which is the bottleneck reaction in water‐electrolysis. Herein, taking advantage of density functional theory (DFT) calculations, we find that the existence of low‐spin (LS) state cobalt cations hinders the OER activity of spinel zinc cobalt oxide, as the t 2g 6 e g 0 configuration gives rise to purely localized electronic structure and exhibits poor binding affinity to the key reaction intermediate. Increasing the spin state of cobalt cations in spinel ZnCo 2 O 4 is found to propagate a spin channel to promote spin‐selected charge transport during OER and generate better active sites for intermediates adsorption. The experiments find increasing the calcination temperature a facile approach to engineer high‐spin (HS) state cobalt cations in ZnCo 2 O 4 , while not working for Co 3 O 4 . The activity of the best spin‐state‐engineered ZnCo 2 O 4 outperforms other typical Co‐based oxides.
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