Oxophilic Sites Mediated Dynamic Oxygen Replenishment to Stabilize Lattice Oxygen Catalysis in Acidic Water Oxidation

化学 氧气 过电位 析氧 催化作用 电解水 溶解 电解质 氧化还原 协同催化 无机化学 氧气储存 质子交换膜燃料电池 离解(化学) 氧气输送 分解水 化学工程 质子输运 电解 掺杂剂 过渡金属 多相催化 键裂 金属 光化学 电催化剂 铂金 合理设计
作者
Shaoxiong Li,Sheng Min Zhao,Sung‐Fu Hung,Liming Deng,Luqi Wang,Fuke Shi,Ao Dong,Ying Zhang,Tsung‐Yi Chen,Feng Qing Hu,Linlin Li,Seeram Ramakrishna,Yuping Wu,Shiling Peng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (37): 33770-33779 被引量:93
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09939
摘要

Developing efficient and durable catalysts for the oxygen evolution reaction (OER) in acidic media is essential for advancing proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE). However, catalyst instability caused by lattice oxygen (O L ) depletion and metal dissolution remains a critical barrier. Here, we propose an oxophilic-site-mediated dynamic oxygen replenishment mechanism (DORM), in which O L actively participates in O–O bond formation and is continuously refilled by water-derived species. Oxophilic dopants modulate the local electronic structure, lower the energy barrier for oxygen vacancy healing, and reorganize the interfacial hydrogen-bond network to enhance water mobility, orientation, and proton accessibility, collectively promoting water dissociation and stabilizing O L catalysis. The optimized catalyst achieves a low overpotential of 289 mV and exceptional durability, operating continuously for 650 h at 10 mA cm –2 in acidic electrolyte and maintaining stable performance for 280 h at 1 A cm –2 in a PEMWE. This work establishes a mechanistic framework for dynamic O L redox and provides a rational strategy for designing robust, noble-metal-free acidic OER electrocatalysts.
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