Atomic Metal–Support Interaction Enables Reconstruction-Free Dual-Site Electrocatalyst

化学 析氧 双功能 电催化剂 无机化学 分解水 拉曼光谱 催化作用 电化学 物理化学 有机化学 电极 光催化 光学 物理
作者
Huachuan Sun,Ching‐Wei Tung,Yang Qiu,Wei Zhang,Qi Wang,Zhishan Li,Jiang Tang,Hsiao‐Chien Chen,Chundong Wang,Hao Ming Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (3): 1174-1186 被引量:236
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08890
摘要

Real bifunctional electrocatalysts for hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction have to be the ones that exhibit a steady configuration during/after reaction without irreversible structural transformation or surface reconstruction. Otherwise, they can be termed as "precatalysts" rather than real catalysts. Herein, through a strongly atomic metal-support interaction, single-atom dispersed catalysts decorating atomically dispersed Ru onto a nickel-vanadium layered double hydroxide (LDH) scaffold can exhibit excellent HER and OER activities. Both in situ X-ray absorption spectroscopy and operando Raman spectroscopic investigation clarify that the presence of atomic Ru on the surface of nickel-vanadium LDH is playing an imperative role in stabilizing the dangling bond-rich surface and further leads to a reconstruction-free surface. Through strong metal-support interaction provided by nickel-vanadium LDH, the significant interplay can stabilize the reactive atomic Ru site to reach a small fluctuation in oxidation state toward cathodic HER without reconstruction, while the atomic Ru site can stabilize the Ni site to have a greater structural tolerance toward both the bond constriction and structural distortion caused by oxidizing the Ni site during anodic OER and boost the oxidation state increase in the Ni site that contributes to its superior OER performance. Unlike numerous bifunctional catalysts that have suffered from the structural reconstruction/transformation for adapting the HER/OER cycles, the proposed Ru/Ni3V-LDH is characteristic of steady dual reactive sites with the presence of a strong metal-support interaction (i.e., Ru and Ni sites) for individual catalysis in water splitting and is revealed to be termed as a real bifunctional electrocatalyst.
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