Double-Shell Co3O4 with Rich Surface Octahedron Oxygen Vacancies for High-Selectivity Electrocatalytic Chlorine Evolution

材料科学 选择性 八面体 氧气 析氧 电催化剂 无机化学 催化作用 结晶学 物理化学 电化学 电极 晶体结构 冶金 化学 有机化学
作者
Ying Deng,Han Zhang,Qiuyue Liang,Jingyu Gao,Wenna Wang,Zexing Wu,Yujing Zhu,Zhenyu Xiao,Lei Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (43): 58536-58544 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.4c10031
摘要

The development of non-noble-metal-based chlorine evolution reaction (CER) catalysts with excellent activity, kinetics, and selectivity is urgently needed but still remains a major challenge. In this study, a morphology self-evolving and surface octahedron oxygen-vacancy-generating strategy is applied at double-shell nanospheres to obtain the target hierarchical double-shell Co3O4 nanospheres with abundant surface oxygen vacancies (DS-Co3O4-OVs). The DS-Co3O4-OVs display an overpotential of only 52 mV to reach a current density of 10 mA cm-2 in which an excellent chlorine selectivity of 98.9-99.9% is attained, which is better than that of the commercial RuO2/IrO2. Furthermore, density functional theory calculations demonstrate that the involved oxygen vacancies can not only limit the lattice oxygen mechanism of the oxygen evolution reaction process but also significantly improve the kinetics of the Volmer step to enhance the CER performance. Meanwhile, the unique hierarchical double-shell nanospheres can enhance the mass feeding and promote the rate-determining step of the Krishtalik step chlorine gas desorption reaction for enhanced kinetics. The self-evolution of non-noble catalysts with surface octahedron vacancies and the related exploration of the CER mechanism may provide a novel design idea for CER catalysts.
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