Mesoporous Single Crystals with Fe‐Rich Skin for Ultralow Overpotential in Oxygen Evolution Catalysis

过电位 析氧 材料科学 介孔材料 催化作用 分解水 循环伏安法 过渡金属 化学工程 纳米技术 无机化学 电极 电化学 物理化学 化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Yong Wang,Yongzhi Zhao,Luan Liu,Wanjun Qin,Sijia Liu,Juping Tu,Yunpu Qin,Jianfang Liu,Haoyang Wu,Deyin Zhang,Aimin Chu,Baorui Jia,Xuanhui Qu,Mingli Qin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (20) 被引量:55
标识
DOI:10.1002/adma.202200088
摘要

The oxygen evolution reaction (OER) is a key reaction in water splitting and metal-air batteries, and transition metal hydroxides have demonstrated the most electrocatalytic efficiency. Making the hydroxides thinner for more surface commonly fails to increase the active site number, because the real active sites are the edges. Up to now, the overpotentials of most state-of-the-art OER electrocatalysts at a current density of 10 mA cm-2 (η10 ) are still larger than 200 mV. Herein, a novel design of mesoporous single crystal (MSC) with an Fe-rich skin to boost the OER is shown. The edges around the mesopores provide lots of real active sites and the Fe modification on these sites further improves the intrinsic activity. As a result, an ultralow η10 of 185 mV is achieved, and the turnover frequency based on Fe atoms is as high as 16.9 s-1 at an overpotential of 350 mV. Moreover, the catalyst has an excellent catalytic stability, indicated by a negligible current drop after 10 000 cyclic voltammetry cycles. The catalyst enables Zn-air batteries to run stably over 270 h with a low charge voltage of 1.89 V. This work shows that MSC materials can provide new opportunities for the design of electrocatalysts.
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