Co−Co Dinuclear Active Sites Dispersed on Zirconium‐doped Heterostructured Co9S8/Co3O4 for High‐current‐density and Durable Acidic Oxygen Evolution

催化作用 贵金属 过电位 材料科学 质子交换膜燃料电池 析氧 阳极 无机化学 化学 化学工程 金属 电化学 物理化学 电极 冶金 工程类 生物化学
作者
Ligang Wang,Hui Su,Zhuang Zhang,Junjie Xin,Hai Liu,Xiaoge Wang,Chenyu Yang,Liang Xiao,Shunwu Wang,Huan Liu,Yanfei Yin,Taiyan Zhang,Yang Tian,Yaping Li,Qinghua Liu,Xiaoming Sun,Junliang Sun,Dingsheng Wang,Yadong Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (49) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/anie.202314185
摘要

Developing cost-effective and sustainable acidic water oxidation catalysts requires significant advances in material design and in-depth mechanism understanding for proton exchange membrane water electrolysis. Herein, we developed a single atom regulatory strategy to construct Co-Co dinuclear active sites (DASs) catalysts that atomically dispersed zirconium doped Co9 S8 /Co3 O4 heterostructure. The X-ray absorption fine structure elucidated the incorporation of Zr greatly facilitated the generation of Co-Co DASs layer with stretching of cobalt oxygen bond and S-Co-O heterogeneous grain boundaries interfaces, engineering attractive activity of significantly reduced overpotential of 75 mV at 10 mA cm-2 , a breakthrough of 500 mA cm-2 high current density, and water splitting stability of 500 hours in acid, making it one of the best-performing acid-stable OER non-noble metal materials. The optimized catalyst with interatomic Co-Co distance (ca. 2.80 Å) followed oxo-oxo coupling mechanism that involved obvious oxygen bridges on dinuclear Co sites (1,090 cm-1 ), confirmed by in situ SR-FTIR, XAFS and theoretical simulations. Furthermore, a major breakthrough of 120,000 mA g-1 high mass current density using the first reported noble metal-free cobalt anode catalyst of Co-Co DASs/ZCC in PEM-WE at 2.14 V was recorded.
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