Operando identification of a side-on nickel superoxide intermediate and the mechanism of oxygen evolution on nickel oxyhydroxide

析氧 超氧化物 双金属片 催化作用 电化学 化学 氧气 反应机理 无机化学 拉曼光谱 光化学 电极 物理化学 有机化学 物理 光学
作者
Seunghwa Lee,You‐Chiuan Chu,Lichen Bai,Hao Ming Chen,Xile Hu
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:3 (1): 100475-100475 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.checat.2022.11.014
摘要

The oxygen evolution reaction (OER) is a key electrochemical reaction relevant to energy storage. Ni-containing bimetallic oxyhydroxides are among the most active OER catalysts in alkaline medium, but the mechanism of OER on pure Ni oxyhydroxide remains unclear. Here we combine multiple operando spectroscopic tools including X-ray absorption, ultraviolet visible (UV-Vis), and Raman with electrokinetics to study the mechanism of OER on Ni(OH)2 nanosheets. The spectroscopic data reveal two intermediates. The first one is a Ni(III)-O⋅ species formed upon a 2-e oxidation of Ni(OH)2, and the second one is a Ni-OO-Ni species formed upon a 1-e oxidation of Ni(III)-O⋅. The Ni-OO-Ni species is a side-on superoxide that acts as a site for hole accumulation. The reaction kinetics follows an inner-sphere model. The rate-determining step is OH− attack to Ni(III)-O⋅, chemically driven by the Ni-OO-Ni species. This work provides new experimental fingerprints and mechanistic perspectives for the understanding of Ni-based OER catalysts.
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