Redirecting dynamic surface restructuring of a layered transition metal oxide catalyst for superior water oxidation

重组 催化作用 氧化物 材料科学 过渡金属 化学工程 金属 冶金 化学 业务 有机化学 工程类 财务
作者
Jian Wang,Sejun Kim,Jiapeng Liu,Yang Gao,Subin Choi,Jeongwoo Han,Hyeyoung Shin,Sugeun Jo,Juwon Kim,Francesco Ciucci,Hwiho Kim,Qingtian Li,Wanli Yang,Xia Long,Shihe Yang,Sung‐Pyo Cho,Keun Hwa Chae,Min Gyu Kim,Hyungjun Kim,Jongwoo Lim
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:4 (3): 212-222 被引量:326
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00578-1
摘要

Rationally manipulating the in situ formed catalytically active surface of catalysts remains a tremendous challenge for a highly efficient water electrolysis. Here we present a cationic redox-tuning method to modulate in situ catalyst leaching and to redirect the dynamic surface restructuring of layered LiCoO2–xClx (x = 0, 0.1 or 0.2), for the electrochemical oxygen evolution reaction (OER). Chlorine doping lowered the potential to trigger in situ cobalt oxidation and lithium leaching, which induced the surface of LiCoO1.8Cl0.2 to transform into a self-terminated amorphous (oxy)hydroxide phase during the OER. In contrast, Cl-free LiCoO2 required higher electrochemical potentials to initiate the in situ surface reconstruction to spinel-type Li1±xCo2O4 and longer cycles to stabilize it. Surface-restructured LiCoO1.8Cl0.2 outperformed many state-of-the-art OER catalysts and demonstrated remarkable stability. This work makes a stride in modulating surface restructuring and in designing superior OER electrocatalysts via manipulating the in situ catalyst leaching. Rationally manipulating the in-situ-formed catalytically active surface of catalysts is a challenging but promising endeavour. Now, the surface of LiCoO2 during water oxidation is engineered by Cl doping via a cationic redox-tuning method that modulates in situ leaching and redirects the dynamic surface restructuring.
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