Bifunctional mechanism of oxygen evolution reaction and oxygen reduction reaction induced by surface reconstruction in Perovskite electrocatalysts

双功能 氧还原反应 析氧 钙钛矿(结构) 氧气 氧还原 反应机理 化学 机制(生物学) 催化作用 氧化还原 电催化剂 材料科学 无机化学 化学工程 电化学 电极 物理化学 有机化学 物理 工程类 量子力学
作者
Hongpeng Chen,Haonan Xie,Chen Yang,Jinshuo Pang,Naiqin Zhao,Chunnian He,Enzuo Liu
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:: 144339-144339
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2024.144339
摘要

Elucidation of the relationship among crystal structure, material compositions, and electrocatalytic performance is beneficial to the design of electrocatalysts with high activity. Specially, for bifunctional electrocatalysts, there is a lack of the unified understanding of oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) mechanisms. Based on the first-principles calculations, LaCoO3 surface reconstructions with different OH coverage under OER/ORR condition are determined. Thereby, the different reaction pathways for OER and ORR with the cooperation of Co and O sites are revealed, under which Co and lattice O sites are activated dynamically, and an overpotential of 0.35 V for the OER and 0.44 V for the ORR are obtained. Furthermore, the octahedra lattice distortion-related bifunctional mechanism (DRBM) is proposed from electron structure analysis, and the bifunctional activity of different B-site doped LaCoO3 (LaCoMO3) are studied. Based on this mechanism, we find that OER, ORR, and their bifunctional activity of LaCoMO3 all exhibit a volcano trend as a function of the O-B-O bond angle formed by Co and lattice oxygen. Consequently, we predict that Mn, Cr, Fe, and Ti doped LaCoO3 electrocatalysts exhibit remarkable bifunctional activity, which is corroborated by the reported experimental results.
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