Band Gap Narrowing in a High-Entropy Spinel Oxide Semiconductor for Enhanced Oxygen Evolution Catalysis

尖晶石 氧化物 化学 带隙 过电位 催化作用 化学物理 无机化学 电负性 物理化学 材料科学 光电子学 冶金 生物化学 有机化学 电极 电化学
作者
Rowan R. Katzbaer,Francisco Marques dos Santos Vieira,Ismaïla Dabo,Zhiqiang Mao,Raymond E. Schaak
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (12): 6753-6761 被引量:192
标识
DOI:10.1021/jacs.2c12887
摘要

High-entropy oxides (HEOs), which contain five or more metal cations that are generally thought to be randomly mixed in a crystalline oxide lattice, can exhibit unique and enhanced properties, including improved catalytic performance, due to synergistic effects. Here, we show that band gap narrowing emerges in a high-entropy aluminate spinel oxide, (Fe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)Al2O4 (A5Al2O4). The 0.9 eV band gap of A5Al2O4 is narrower than the band gaps of all parent spinel oxides. First-principles calculations for multicomponent AAl2O4 spinels indicate that the band gap narrowing arises from the broadening of the energy distribution of the 3d states due to variations in the electronegativities and crystal field splitting across the 3d transition-metal series. As a catalyst for the oxygen evolution reaction in an alkaline electrolyte, A5Al2O4 reaches a current density of 10 mA/cm2 at an overpotential of 400 mV, outperforming all of the single-metal end members at an applied potential of 1.7 V vs RHE. Catalyst deactivation occurs after 5 h at 10 mA/cm2 and is attributed, based on elemental analysis and grazing-incidence X-ray diffraction, to the formation of a passivating layer that blocks the high-entropy oxide surface. This result helps to validate that the HEO is the active catalyst. The observation of band gap narrowing in A5Al2O4 expands the scope of synergistic properties exhibited by high-entropy materials and offers insight into the question of how the electronic structure of multicomponent oxide materials can be engineered via a high-entropy approach to achieve enhanced catalytic properties.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
4秒前
YTY完成签到 ,获得积分10
5秒前
Lauren完成签到 ,获得积分10
5秒前
彭于晏应助神华采纳,获得10
7秒前
知行合一完成签到,获得积分10
7秒前
wwh2102完成签到 ,获得积分10
10秒前
NINI完成签到 ,获得积分10
11秒前
暮晓见完成签到 ,获得积分10
11秒前
神华完成签到,获得积分20
13秒前
qwe完成签到,获得积分10
14秒前
达尔文1完成签到 ,获得积分10
15秒前
嗡嗡嗡完成签到 ,获得积分10
19秒前
东单的单车完成签到,获得积分10
19秒前
文献高手完成签到 ,获得积分10
20秒前
21秒前
一两风完成签到 ,获得积分10
26秒前
神华发布了新的文献求助10
27秒前
从不内卷完成签到,获得积分10
31秒前
木仓完成签到,获得积分10
34秒前
34秒前
刘先生完成签到 ,获得积分10
35秒前
与离完成签到 ,获得积分10
35秒前
乐乐应助怀素采纳,获得100
46秒前
断了的弦完成签到,获得积分10
48秒前
呓语完成签到,获得积分10
49秒前
董庆山完成签到 ,获得积分10
51秒前
52秒前
shanshan3000完成签到,获得积分10
53秒前
七塔蹦完成签到,获得积分10
56秒前
HZH完成签到 ,获得积分10
56秒前
充电宝应助Janus采纳,获得10
59秒前
Freddy完成签到 ,获得积分10
1分钟前
花卷是我完成签到 ,获得积分10
1分钟前
沐啊完成签到 ,获得积分10
1分钟前
和谐的醉山完成签到,获得积分0
1分钟前
1分钟前
1分钟前
tutounanyisheng完成签到,获得积分10
1分钟前
kevin发布了新的文献求助10
1分钟前
ssh完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Developing Genetic Editing Tools for Lysobacter 2000
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Моделирование процессов самоорганизации в кристаллообразующих системах 1000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6515710
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8308720
关于积分的说明 17757626
捐赠科研通 5617688
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2925124
邀请新用户注册赠送积分活动 1902093
关于科研通互助平台的介绍 1763468