Dynamic stability of active sites in hydr(oxy)oxides for the oxygen evolution reaction

溶解 析氧 催化作用 电解质 氧化物 吸附 氧气 金属 过渡金属 化学工程 分解水 无机化学 化学 材料科学 化学物理 电极 物理化学 电化学 工程类 光催化 有机化学 生物化学
作者
Dong Young Chung,Pietro Papa Lopes,Pedro Farinazzo Bergamo Dias Martins,Haiying He,Tomoya Kawaguchi,Peter Zapol,Hoydoo You,Dušan Tripković,Dušan Strmčnik,Yisi Zhu,Söenke Seifert,Sungsik Lee,Vojislav R. Stamenković,Nenad M. Marković
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:5 (3): 222-230 被引量:943
标识
DOI:10.1038/s41560-020-0576-y
摘要

The poor activity and stability of electrode materials for the oxygen evolution reaction are the main bottlenecks in the water-splitting reaction for H2 production. Here, by studying the activity–stability trends for the oxygen evolution reaction on conductive M1OxHy, Fe–M1OxHy and Fe–M1M2OxHy hydr(oxy)oxide clusters (M1 = Ni, Co, Fe; M2 = Mn, Co, Cu), we show that balancing the rates of Fe dissolution and redeposition over a MOxHy host establishes dynamically stable Fe active sites. Together with tuning the Fe content of the electrolyte, the strong interaction of Fe with the MOxHy host is the key to controlling the average number of Fe active sites present at the solid/liquid interface. We suggest that the Fe–M adsorption energy can therefore serve as a reaction descriptor that unifies oxygen evolution reaction catalysis on 3d transition-metal hydr(oxy)oxides in alkaline media. Thus, the introduction of dynamically stable active sites extends the design rules for creating active and stable interfaces. Understanding what underpins the activity and stability of oxygen evolution catalysts is an ongoing issue in the field of water splitting. Now, researchers show that balancing the rate of Fe dissolution and deposition over a metal hydr(oxy)oxide host yields dynamically stable Fe active sites, with the Fe–host interaction key to the performance.
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