Reconstruction of Thiospinel to Active Sites and Spin Channels for Water Oxidation

析氧 催化作用 电解水 材料科学 阳极 电解 电子转移 化学工程 电极 分解水 氧气 电化学 化学 光化学 物理化学 有机化学 电解质 工程类 光催化
作者
Tianze Wu,Yuanmiao Sun,Xiao Ren,Jiarui Wang,Jiajia Song,Yangdan Pan,Yongbiao Mu,Jianshuo Zhang,Qiuzhen Cheng,Guoyu Xian,Shibo Xi,Chengmin Shen,Hong‐Jun Gao,Adrian C. Fisher,Matthew Sherburne,Yonghua Du,Joel W. Ager,José Gracia,Haitao Yang,Lin Zeng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (2): e2207041-e2207041 被引量:119
标识
DOI:10.1002/adma.202207041
摘要

Abstract Water electrolysis is a promising technique for carbon neutral hydrogen production. A great challenge remains at developing robust and low‐cost anode catalysts. Many pre‐catalysts are found to undergo surface reconstruction to give high intrinsic activity in the oxygen evolution reaction (OER). The reconstructed oxyhydroxides on the surface are active species and most of them outperform directly synthesized oxyhydroxides. The reason for the high intrinsic activity remains to be explored. Here, a study is reported to showcase the unique reconstruction behaviors of a pre‐catalyst, thiospinel CoFe2S4, and its reconstruction chemistry for a high OER activity. The reconstruction of CoFe2S4 gives a mixture with both Fe–S component and active oxyhydroxide (Co(Fe)OxHy) because Co is more inclined to reconstruct as oxyhydroxide, while the Fe is more stable in Fe–S component in a major form of Fe3S4. The interface spin channel is demonstrated in the reconstructed CoFe2S4, which optimizes the energetics of OER steps on Co(Fe)OxHy species and facilitates the spin sensitive electron transfer to reduce the kinetic barrier of O–O coupling. The advantage is also demonstrated in a membrane electrode assembly (MEA) electrolyzer. This work introduces the feasibility of engineering the reconstruction chemistry of the precatalyst for high performance and durable MEA electrolyzers.
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