Dual active site tandem catalysis of metal hydroxyl oxides and single atoms for boosting oxygen evolution reaction

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作者
Huibing Liu,Xinchen Xu,Haoxiang Xu,Shitao Wang,Ziqiang Niu,Qiaohuan Jia,Liu Shuan Yang,Rui Cao,Lirong Zheng,Dapeng Cao
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:297: 120451-120451 被引量:81
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120451
摘要

The high voltage in oxygen evolution reaction (OER) often causes structural change in electrocatalysts and forms multiple active sites. Therefore, exploring the synergy of various active sites is extremely significant to develop catalysts for OER with multiple elementary steps. Herein, we adopt the physically adsorbed metal ions method to successfully synthesize a highly-efficient electrocatalyst containing the dual active sites of Fe-NiOOH and NiC4 single atoms (marked as Ni SAs/Fe-NiOOH). The Ni SAs/Fe-NiOOH displays outstanding OER performance with an overpotential of 269 mV to deliver current density of 10 mA/cm2 that shows 55 mV superior to commercial IrO2/CB at the same condition. Experiments and density functional theory calculations indicate that the excellent OER activity of Ni SAs/Fe-NiOOH catalyst is attributed to the synergy of dual active sites of NiC4 SAs and Fe-NiOOH. A tandem catalysis mechanism is also proposed to reveal the synergism of two active centers, which makes the potential-determining step more facile and accordingly decreases the OER overpotential. This work offers a new concept of tandem catalysis to develop the electrocatalysts with many elemental steps, like OER and oxygen reduction reaction catalysts.
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