In Silico Discovery of New Dopants for Fe-Doped Ni Oxyhydroxide (Ni1–xFexOOH) Catalysts for Oxygen Evolution Reaction

过电位 析氧 化学 催化作用 电催化剂 分解水 掺杂剂 过渡金属 密度泛函理论 无机化学 兴奋剂 化学工程 物理化学 电化学 计算化学 材料科学 有机化学 光催化 工程类 光电子学 电极
作者
Hyeyoung Shin,Hai Xiao,William A. Goddard
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (22): 6745-6748 被引量:334
标识
DOI:10.1021/jacs.8b02225
摘要

The oxygen evolution reaction (OER) is critical to efficient water splitting to produce the H2 fuel for sustainable energy production. Currently, the best non-noble metal OER electrocatalyst in base conditions is the Fe-doped NiOOH (Ni1–xFexOOH), with an overpotential of η = 0.4, but much lower values are desired. We use density functional theory to determine the overall mechanism for the OER of Ni1–xFexOOH, concluding that promoting radical character on the metal–oxo bond is critical to efficient OER. Then we consider replacing Fe with 17 other transition metals of the Fe, Ru, and Os rows, where we find 3 new promising candidates: Co, Rh, and Ir, which we estimate to have η = 0.27, 0.15, and 0.02, respectively, all very much improved performance compared to Fe, making all three systems excellent candidates for experimental testing.
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