Light-triggered oxygen redox activity at the edge of cobalt oxyhydroxide for superior water oxidation

过电位 氧化还原 析氧 氧气 催化作用 化学 电子转移 分解水 无机化学 过渡金属 GSM演进的增强数据速率 工作(物理) 光化学 材料科学 化学工程 氧还原 电催化剂 辐照
作者
Xin Zhang,Qiyun Wang,Qi Zhang,Haoyin Zhong,Chao Wu,Baorui Jia,Junchen Yu,Ke-Jin Zhou,Yuanjie Li,Yong‐Wei Zhang,Zhi Gen Yu,Shibo Xi,Xiaopeng Wang,Junmin Xue
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-74386-1
摘要

Abstract Introducing oxygen redox chemistry into cobalt oxyhydroxide effectively enhances catalytic activity by enabling direct O-O coupling, thereby bypassing the rate-limiting * OOH step in the conventional adsorbate evolution mechanism. However, the key challenge is to preserve the accessibility of non-bonding oxygen states while maintaining cobalt-oxygen covalency. Here we show that light irradiation triggers ligand-to-metal charge transfer in sulfur-treated cobalt oxyhydroxide (S-CoOOH), generating non-bonding oxygen states. These states then couple with adjacent ones to form direct O-O bonds. Through this way, the sulfur-treated sample performs enhanced OER activity under light, achieving an overpotential of 194 ± 3 mV at 10 mA cm −2 , which is 41 mV lower than in the dark. Further analysis reveals that light-induced oxygen redox activity is confined to the edge of catalyst. This activity originates from electron transitions from (M-O) to non-overlapping regions of Co 3 d and 4 p orbitals, driven by high-spin Co 3+ at the edge. This work highlights the critical role of light in inducing non-bonding oxygen states in transition metal-based catalysts and guides the development of oxygen-redox electrocatalysts.
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