Atomically Dispersed Cerium Sites Immobilized on Vanadium Vacancies of Monolayer Nickel‐Vanadium Layered Double Hydroxide: Accelerating Water Splitting Kinetics

材料科学 氢氧化物 单层 析氧 分解水 催化作用 密度泛函理论 单原子离子 介电谱 无机化学 化学工程 电化学 化学物理 物理化学 纳米技术 电极 计算化学 化学 冶金 生物化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Kai Zeng,Ming Chao,Meng Tian,Jin Yan,Mark H. Rümmeli,Peter Strasser,Ruizhi Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (6) 被引量:77
标识
DOI:10.1002/adfm.202308533
摘要

Abstract Rational design of efficient single‐atom catalysts is a potential avenue to mitigate the sluggish oxygen evolution reaction (OER) kinetics. Adopting appropriate matrixes to stabilize the single‐atom active centers with the optimized geometric and electronic structure plays an essential role in enhancing catalytic activities. Herein, massive isolated Ce atoms are successfully anchored on monolayer nickel‐vanadium layered double hydroxide support (Ce SAs/m‐NiV LDH) via the vanadium defects trapping strategy, resulting in stabilized Ce single‐atom with the maximum loading of 8.07 wt.%. Benefitting from the strong synergetic electronic interaction between Ce single atoms and monolayer NiV LDH matrix, thus‐prepared catalyst possesses favorable OER (209 mV @ 10 mA cm −2 ) and water electrolysis performance (1.47 V @ 10 mA cm −2 ), surpassing other catalysts and even the commercial RuO 2 catalyst. Density functional theory (DFT) calculations in combination with in situ electrochemical impedance spectroscopy analysis reveal that the immobilization of monatomic Ce can effectively narrow the band gap and strengthen the density states near the Fermi level as well as more easily adsorb the surficial OH – , leading to a lower charge transfer barrier and faster water splitting kinetics.
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