Sr‐induced Fermi Engineering of β‐FeOOH for Multifunctional Catalysis

单独一对 催化作用 化学 原子轨道 电催化剂 电子转移 分子 纳米技术 材料科学 物理化学 电子 电化学 电极 物理 有机化学 量子力学
作者
Waqar Ahmad,Yunpeng Hou,Nisar Ahmad,Kun Wang,Chenghao Zou,Zhengwei Wan,Sumaira Aftab,Shaodong Zhou,Zhao Pan,Huai‐Ling Gao,Chengdu Liang,Wenjun Yan,Min Ling,Zhihui Lu
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:8 (9): e2301434-e2301434 被引量:5
标识
DOI:10.1002/smtd.202301434
摘要

Abstract Designing a multifunctional electrocatalyst to produce H 2 from water, urea, urine, and wastewater, is highly desirable yet challenging because it demands precise Fermi‐engineering to realize stronger π ‐donation from O 2 p to electron(e − )‐deficient metal (t 2g ) d ‐orbitals. Here a Sr‐induced phase transformed β ‐FeOOH/ α ‐Ni(OH) 2 catalyst anchored on Ni‐foam (designated as pt ‐NFS) is introduced, where Sr produces plenteous Fe 4+ (Fe 3+ → Fe 4+ ) to modulate Fermi level and e − ‐transfer from e – ‐rich Ni 3+ (t 2g )‐orbitals to e – ‐deficient Fe 4+ (t 2g )‐orbitals, via strong π ‐donation from the π‐symmetry lone‐pair of O bridge. pt ‐NFS utilizes Fe‐sites near the Sr‐atom to break the H─O─H bonds and weakens the adsorption of *O while strengthening that of *OOH, toward hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER), respectively. Invaluably, Fe‐sites of pt ‐NFS activate H 2 ‐production from urea oxidation reaction (UOR) through a one‐stage pathway which, unlike conventional two‐stage pathways with two NH 3 ‐molecules, involves only one NH 3 ‐molecule. Owing to more suitable kinetic energetics, pt ‐NFS requires 133 mV (negative potential shift), 193 mV, ≈1.352 V, and ≈1.375 V versus RHE for HER, OER, UOR, and human urine oxidation, respectively, to reach the benchmark 10 mA cm −2 and also demonstrates remarkable durability of over 25 h. This work opens a new corridor to design multifunctional electrocatalysts with precise Fermi engineering through d‐band modulation.
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