Deciphering Absolute O 2p Position as a Practical Descriptor for Strain‐Dependent Perovskite Nickelate Electrocatalysts

材料科学 密度泛函理论 X射线吸收光谱法 钙钛矿(结构) 析氧 原子轨道 电催化剂 超晶格 电子结构 化学物理 物理化学 电子 计算化学 吸收光谱法 电化学 结晶学 化学 物理 光电子学 电极 量子力学
作者
Chang Jiang,Xinze Chen,Qingcheng Zou,Kai Zhao,Ning Yan,Jiahui Sun,Zhen Zhang,Meng Wu,Jijie Huang,Xian‐Zhu Fu,Abdullah Alodhayb,Yifei Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202409605
摘要

Abstract Developing effective descriptors for perovskite oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts is crucial for advancing clean energy technologies, which are often constrained by incomplete theoretical calculations. Herein, using step‐wise strained (−3–3%) NdNiO 3 as a model, the density functional theory (DFT) is employed, considering both bulk superlattice model (B‐model) and surface slab models (S‐model) to garner a set of electronic descriptors. The S‐model‐derived metal─oxygen orbital hybridization is found to agree with the X‐ray absorption spectroscopy (XAS) results, which, however, are disentangled from the observed OER activity trend. Further detailed analysis discovers that the alignment of the calculated O 2p band position with the OER redox potential on an absolute scale can serve as a hitherto unexplored descriptor for comprehending the activity of lattice oxygen and its bonding strength to OH * . Combined DFT and XAS data reveals that excessive strain hinders surface oxygen exchange, slows down the rate‐determining step of OH * adsorption, and impairs the durability of the electrocatalyst by altering the random electron occupancy in frontier orbitals. The work sheds light on the rational design of cost‐effective, high‐performance perovskite‐based electrocatalysts.
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