Reinforcing CoO Covalency via Ce(4f)─O(2p)─Co(3d) Gradient Orbital Coupling for High‐Efficiency Oxygen Evolution

过电位 析氧 材料科学 过渡金属 电化学 催化作用 化学物理 物理化学 化学 电极 生物化学
作者
Meng Li,Xuan Wang,Kun Liu,Huamei Sun,Dongmei Sun,Kai Huang,Yawen Tang,Wei Xing,Hao Li,Gengtao Fu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (30): e2302462-e2302462 被引量:351
标识
DOI:10.1002/adma.202302462
摘要

Rare-earth (RE)-based transition metal oxides (TMO) are emerging as a frontier toward the oxygen evolution reaction (OER), yet the knowledge regarding their electrocatalytic mechanism and active sites is very limited. In this work, atomically dispersed Ce on CoO is successfully designed and synthesized by an effective plasma (P)-assisted strategy as a model (P-Ce SAs@CoO) to investigate the origin of OER performance in RE-TMO systems. The P-Ce SAs@CoO exhibits favorable performance with an overpotential of only 261 mV at 10 mA cm-2 and robust electrochemical stability, superior to individual CoO. X-ray absorption spectroscopy and in situ electrochemical Raman spectroscopy reveal that the Ce-induced electron redistribution inhibits CoO bond breakage in the CoOCe unit site. Theoretical analysis demonstrates that the gradient orbital coupling reinforces the CoO covalency of the Ce(4f)─O(2p)─Co(3d) unit active site with an optimized Co-3d-eg occupancy, which can balance the adsorption strength of intermediates and in turn reach the apex of the theoretical OER maximum, in excellent agreement with experimental observations. It is believed that the establishment of this Ce-CoO model can set a basis for the mechanistic understanding and structural design of high-performance RE-TMO catalysts.
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