Oxygen Vacancies Unfold the Catalytic Potential of NiFe-Layered Double Hydroxides by Promoting Their Electronic Transport for Oxygen Evolution Reaction

催化作用 氧气 层状双氢氧化物 析氧 电催化剂 化学物理 化学 电子传输链 材料科学 纳米技术 化学工程 物理化学 电化学 有机化学 工程类 生物化学 电极
作者
Haoyue Zhang,Lingling Wu,Ruohan Feng,Sihong Wang,Chia‐Shuo Hsu,Yuanman Ni,Ashfaq Ahmad,Chaoran Zhang,Haofei Wu,Hao Ming Chen,Wang Zhang,Yao Li,Pan Liu,Fang Song
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (9): 6000-6012 被引量:119
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c05783
摘要

Oxygen vacancies (Ov) engineering has demonstrated tremendous power to expedite electrocatalytic kinetics for oxygen evolution reaction (OER). The mechanism is elusive, and most of them were attributed to the decoration or creation of active sites. Here, we report the critical role of superficial Ov in enhancing the electronic transport, thereby unfolding the catalytic potential of NiFe-layered double hydroxides for OER. We reveal that the superficial Ov engineering barely regulates the intrinsic catalytic activities but lowers the charge transport resistances by more than one order of magnitude. Loading-dependent electrochemical analysis suggests that the superficial Ov engineering intensively modulates the utilization rate of electronically accessible active sites for OER catalysis. By correlating catalytic activities to charging capacitances of CΦ (related to the absorption of reaction intermediates), we unveil a linear dependence, which indicates switchable catalysis on electronically accessible active sites. Based on the unified experimental and theoretical analysis of the electronic structures, we propose that the superficial Ov imposes electron donation to the conductive band of NiFeOOH, thereby enabling the regulation of electronic transport to switch on/off OER catalysis. The switch effect holds fundamental and technical implications for understanding and designing efficient electrocatalysts.
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