Novel monoclinic ABO4 oxide with single-crystal structure as next generation electrocatalyst for oxygen evolution reaction

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作者
Jianlin Zhang,Shipeng Geng,Ruchun Li,Qian Zhang,Yecheng Zhou,Tongwen Yu,Yi Wang,Shuqin Song,Zongping Shao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:420: 130492-130492 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130492
摘要

Designing highly active and stable electrocatalysts to efficiently catalyze oxygen evolution reaction (OER) plays a crucial role in hydrogen production from water splitting. Here, we develop a novel monoclinic ABO4-type metal oxide as versatile candidate for high performance OER catalysis. It has a flexible multi-metal composition and tunable structure which can rationally optimize the OER catalytic activities of ABO4-type oxide. Remarkably, the obtained single-crystal Fe0.4Co0.6W0.4Mo0.6O4 shows an excellent OER catalytic activity with an overpotential of 276.4 mV at 10 mA cm−2, as well as an ultra-low Tafel slope of 30.9 mV decade−1, which outperforms that of the state-of-the-art RuO2 electrocatalyst. Mechanism analysis by density functional theory calculations confirms that the octahedral A sites with low valence state can serve as the active sites in ABO4-type oxide for OER. In addition, faster charge transfer occurs in the low spin state of Co2+ sites (LS: t2g6eg1), in which the formation of O* from OH* as the rate-determining step in OER can be accelerated for favorable OER. More importantly, the new monoclinic ABO4-type material presented in this work is significantly different from the known spinel and perovskite oxides and may pioneer a new wave of research as efficient electrocatalysts and energy materials.

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