Interfacing or Doping? Role of Ce in Highly Promoted Water Oxidation of NiFe‐Layered Double Hydroxide

材料科学 氢氧化物 析氧 层状双氢氧化物 拉曼光谱 协同催化 电子转移 分解水 过渡金属 密度泛函理论 催化作用 电化学 无机化学 化学工程 物理化学 电极 化学 计算化学 光学 物理 工程类 光催化 生物化学
作者
Mengjie Liu,Jeemin Hwang,Byungchan Han,Lawrence Yoon Suk Lee
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (33) 被引量:158
标识
DOI:10.1002/aenm.202101281
摘要

Abstract Surface engineering of transition metal layered double hydroxides (LDHs) provides an efficient way of enhancing their catalytic activity toward the oxygen evolution reaction (OER). However, the underlying mechanism of atomistic doping or heterogeneous interface with foreign atom is still ambiguous. Herein, a case study of NiFe‐LDHs that are homogeneously doped with Ce (CeNiFe‐LDH) and interfaced with Ce(OH) 3 (Ce@NiFe‐LDH), which elucidates their electronic modulation, in situ evolution of active site, and catalytic reaction mechanisms by using X‐ray photoelectronic spectroscopy, operando electrochemical Raman spectroscopy, and first‐principles density functional theory (DFT) calculations, is reported. The results indicate that Ce and Fe atoms serve as the electron acceptors and facilitate the coupled oxidation of Ni 3+/4+ in NiFe‐LDH, and the activated oxyhydroxide phase of the catalysts exhibits superior catalytic activity for water oxidation. Especially, Ce@NiFe‐LDH shows a stronger electron transfer between the loaded Ce(OH) 3 and the matrix, which leads to a better catalytic activity than CeNiFe‐LDH. DFT calculations provide a clear picture with atomistic resolution for charge redistribution in the NiFe‐LDH surface induced by Ce, which eventually leads to the optimal free energy landscape for the enhanced OER catalytic activity.
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