Co−Co Dinuclear Active Sites Dispersed on Zirconium‐doped Heterostructured Co9S8/Co3O4 for High‐current‐density and Durable Acidic Oxygen Evolution

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作者
Ligang Wang,Hui Su,Zhuang Zhang,Junjie Xin,Hai Liu,Xiaoge Wang,Chenyu Yang,Liang Xiao,Shunwu Wang,Huan Liu,Yanfei Yin,Taiyan Zhang,Yang Tian,Yaping Li,Qinghua Liu,Xiaoming Sun,Junliang Sun,Dingsheng Wang,Yadong Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (49) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/anie.202314185
摘要

Developing cost-effective and sustainable acidic water oxidation catalysts requires significant advances in material design and in-depth mechanism understanding for proton exchange membrane water electrolysis. Herein, we developed a single atom regulatory strategy to construct Co-Co dinuclear active sites (DASs) catalysts that atomically dispersed zirconium doped Co9 S8 /Co3 O4 heterostructure. The X-ray absorption fine structure elucidated the incorporation of Zr greatly facilitated the generation of Co-Co DASs layer with stretching of cobalt oxygen bond and S-Co-O heterogeneous grain boundaries interfaces, engineering attractive activity of significantly reduced overpotential of 75 mV at 10 mA cm-2 , a breakthrough of 500 mA cm-2 high current density, and water splitting stability of 500 hours in acid, making it one of the best-performing acid-stable OER non-noble metal materials. The optimized catalyst with interatomic Co-Co distance (ca. 2.80 Å) followed oxo-oxo coupling mechanism that involved obvious oxygen bridges on dinuclear Co sites (1,090 cm-1 ), confirmed by in situ SR-FTIR, XAFS and theoretical simulations. Furthermore, a major breakthrough of 120,000 mA g-1 high mass current density using the first reported noble metal-free cobalt anode catalyst of Co-Co DASs/ZCC in PEM-WE at 2.14 V was recorded.
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