Tailoring Oxygen Reduction Reaction Pathway on Spinel Oxides via Surficial Geometrical‐Site Occupation Modification Driven by the Oxygen Evolution Reaction

八面体 材料科学 析氧 密度泛函理论 尖晶石 氧气 选择性 氧化还原 氧化物 金属 催化作用 化学 物理化学 结晶学 计算化学 晶体结构 电化学 电极 冶金 有机化学
作者
Li An,Yang Hu,Jianyi Li,Jiamin Zhu,Mingzi Sun,Bolong Huang,Pinxian Xi,Chun‐Hua Yan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (28) 被引量:75
标识
DOI:10.1002/adma.202202874
摘要

The oxygen reduction reaction (ORR) has been demonstrated as a critical technology for both energy conversion technologies and hydrogen peroxide intermediate production. Herein, an in situ oxygen evolution reaction (OER) surface evolution strategy is applied for changing the surface structure of MnCo2 O4 oxide with tetrahedral and octahedral cations vacancies to realize reaction pathway switching from 2e- ORR and 4e- ORR. Interestingly, the as-synthesized MnCo2 O4 -pristine (MnCo2 O4 -P) with the highest surficial Mn/Co octahedron occupation favors two electrons reaction routes exhibiting high H2 O2 selectivity (≈80% and reaches nearly 100% at 0.75 V vs RHE); after surface atoms reconstruction, MnCo2 O4 -activation (MnCo2 O4 -A) with the largest Mn/Co tetrahedron occupation present excellent ORR performance through the four-electron pathway with an ultrahigh onset potential and half-wave potential of 0.78 and 0.92 V, ideal mass activity (MA), and turnover frequencies (TOF) values. Density functional theory (DFT) calculations reveal the concurrent modulations of both Co and Mn by the surface reconstructions, which improve the electroactivity of MnCo2 O4 -A toward the 4e- pathway. This work provides a new perspective to building correlation of OER activation-ORR property, bringing detailed understating for reaction route transformation, and thus guiding the development of certain electrocatalysts with specific purposes.
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