Dual-site segmentally synergistic catalysis mechanism: boosting CoFeSx nanocluster for sustainable water oxidation

纳米团簇 过电位 氧气 催化作用 吸附 析氧 化学 纳米技术 材料科学 化学工程 物理化学 有机化学 电化学 电极 工程类
作者
Siran Xu,Sihua Feng,Yue Yu,Dongping Xue,Mengli Liu,Chao Wang,Kaiyue Zhao,Bingjun Xu,Jianan Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45700-6
摘要

Abstract Efficient oxygen evolution reaction electrocatalysts are essential for sustainable clean energy conversion. However, catalytic materials followed the conventional adsorbate evolution mechanism (AEM) with the inherent scaling relationship between key oxygen intermediates *OOH and *OH, or the lattice-oxygen-mediated mechanism (LOM) with the possible lattice oxygen migration and structural reconstruction, which are not favorable to the balance between high activity and stability. Herein, we propose an unconventional Co-Fe dual-site segmentally synergistic mechanism (DSSM) for single-domain ferromagnetic catalyst CoFeS x nanoclusters on carbon nanotubes (CNT) (CFS-ACs/CNT), which can effectively break the scaling relationship without sacrificing stability. Co 3+ (L.S, t 2g 6 e g 0 ) supplies the strongest OH* adsorption energy, while Fe 3+ (M.S, t 2g 4 e g 1 ) exposes strong O* adsorption. These dual-sites synergistically produce of Co-O-O-Fe intermediates, thereby accelerating the release of triplet-state oxygen ( ↑ O = O ↑ ). As predicted, the prepared CFS-ACs/CNT catalyst exhibits less overpotential than that of commercial IrO 2 , as well as approximately 633 h of stability without significant potential loss.
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