High negative voltage activating perovskite oxide with bi-vacancy synergistic regulation for water oxidation

空位缺陷 过电位 材料科学 氧化物 催化作用 钙钛矿(结构) 化学工程 氧气 析氧 化学 物理化学 电极 结晶学 电化学 冶金 生物化学 有机化学 工程类
作者
Ning Yu,Yu Ma,Jing-Ke Ren,Zhijie Zhang,Haijun Liu,Jun Nan,Yichuan Li,Yong‐Ming Chai,Bin Dong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:478: 147415-147415 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147415
摘要

Oxygen vacancy engineering is a strategy to design efficient oxygen evolution reaction (OER) catalysts, but it may lower the band center of O 2p and result in high energy barrier. Here, La0.6Sr0.4Co0.9Fe0.1O3‑δ (LSCF) perovskite catalyst with O and Sr vacancies were prepared by high reduction voltage treatment. The bi-vacancy facilitates the synergistic regulation by providing the inverse movement the d-band center and p-band center to enhance M−O covalency, thus activating lattice oxygen of LSCF. The synergistic effect of Sr and O vacancy reduces the OH adsorption energy on the surface of LSCF, which makes OH adsorption and desorption easier. By optimizing the reduction voltage and time, the overpotential (at 10 mA cm−2) of the high reduction voltage treated LSCF (LSCF- −2V-80 s) is reduced by 130 mV compared to LSCF. The LSCF- −2V-80 s still showed clear lattice fringes after stability test. Moreover, the stronger covalency of LSCF- −2V-80 s to produce O22– intermediates is inclined to be lattice oxygen mediated mechanism (LOM). The bi-vacancy strategy made LSCF- −2V-80 s produce a current density of 174 A/g at 2.50 Vcell in anion exchange membrane water electrolyzer. Bi-vacancy synergistic strategy derived from one-step high reduction voltage provides a new route for OER catalysts.

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