Efficient Alkaline Water Oxidation with a Regenerable Nickel Pseudo-Complex

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作者
Peikun Zhang,Pai Wang,Wei Wang,Qianbao Wu,Mengjun Xiao,Roger Alberto,Yanning Zhang,Chunhua Cui
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (41): 48661-48668 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.1c13609
摘要

Efficient and robust electrocatalysts are required for the oxygen evolution reaction (OER). Photosystem II-inspired synthetic transition metal complexes have shown promising OER activity in water-poor or mild conditions, yet challenges remain in the improvement of current density and performance stability for practical applications in alkaline electrolytes in contrast to solid-state oxide catalysts. Here, we report that a nickel pseudo-complex (bpy)zNiOxHy (bpy = 2,2'-bipyridine) catalyst, which bridges solid oxide and molecular catalysts, exhibits the highest OER activity among nickel-based catalysts with a turnover frequency of 1.1 s-1 at an overpotential of 0.30 volts, even outperforming iron-incorporated nickel (oxy)hydroxide under an identical nickel mass load. Benefiting from the strong coordination between bpy and nickel, this (bpy)zNiOxHy catalyst exhibits long-term stability in highly alkaline media at 1.0 mA cm-2 for over 200 h and at 20 mA cm-2 for over 60 h. Our findings indicate that dynamically coordinating a small amount of bpy in the catalyst layer efficiently sustains highly active nickel sites for water oxidation, demonstrating a general strategy for improving the activity of transition metal sites with active ligands beyond the incorporation of metal cations to form double-layered hydroxides.
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