Modifying redox properties and local bonding of Co3O4 by CeO2 enhances oxygen evolution catalysis in acid

催化作用 氧化还原 析氧 纳米晶材料 化学 电化学 氧气 分解水 拉曼光谱 化学工程 无机化学 光化学 物理化学 电极 结晶学 有机化学 物理 光催化 光学 工程类
作者
Jinzhen Huang,Hongyuan Sheng,R. Dominic Ross,Jiecai Han,Xianjie Wang,Bo Song,Song Jin
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 3036-3036 被引量:639
标识
DOI:10.1038/s41467-021-23390-8
摘要

Developing efficient and stable earth-abundant electrocatalysts for acidic oxygen evolution reaction is the bottleneck for water splitting using proton exchange membrane electrolyzers. Here, we show that nanocrystalline CeO2 in a Co3O4/CeO2 nanocomposite can modify the redox properties of Co3O4 and enhances its intrinsic oxygen evolution reaction activity, and combine electrochemical and structural characterizations including kinetic isotope effect, pH- and temperature-dependence, in situ Raman and ex situ X-ray absorption spectroscopy analyses to understand the origin. The local bonding environment of Co3O4 can be modified after the introduction of nanocrystalline CeO2, which allows the CoIII species to be easily oxidized into catalytically active CoIV species, bypassing the potential-determining surface reconstruction process. Co3O4/CeO2 displays a comparable stability to Co3O4 thus breaks the activity/stability tradeoff. This work not only establishes an efficient earth-abundant catalysts for acidic oxygen evolution reaction, but also provides strategies for designing more active catalysts for other reactions.
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