Atomic-level insight into super-efficient electrocatalytic oxygen evolution on iron and vanadium co-doped nickel (oxy)hydroxide

过电位 催化作用 无机化学 氢氧化物 氧化态 析氧 化学 电化学 氧气 材料科学 过渡金属 物理化学 有机化学 电极
作者
Jian Jiang,Fanfei Sun,Si Zhou,Wei Hu,Hao Zhang,Jin‐Chao Dong,Zheng Jiang,Jijun Zhao,Jianfeng Li,Wensheng Yan,Mei Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:785
标识
DOI:10.1038/s41467-018-05341-y
摘要

It is of great importance to understand the origin of high oxygen-evolving activity of state-of-the-art multimetal oxides/(oxy)hydroxides at atomic level. Herein we report an evident improvement of oxygen evolution reaction activity via incorporating iron and vanadium into nickel hydroxide lattices. X-ray photoelectron/absorption spectroscopies reveal the synergistic interaction between iron/vanadium dopants and nickel in the host matrix, which subtly modulates local coordination environments and electronic structures of the iron/vanadium/nickel cations. Further, in-situ X-ray absorption spectroscopic analyses manifest contraction of metal-oxygen bond lengths in the activated catalyst, with a short vanadium-oxygen bond distance. Density functional theory calculations indicate that the vanadium site of the iron/vanadium co-doped nickel (oxy)hydroxide gives near-optimal binding energies of oxygen evolution reaction intermediates and has lower overpotential compared with nickel and iron sites. These findings suggest that the doped vanadium with distorted geometric and disturbed electronic structures makes crucial contribution to high activity of the trimetallic catalyst.
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