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High-pressure synthesis of ε-FeOOH from β-FeOOH and its application to the water oxidation catalyst
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2020-12-18 , DOI: 10.1039/d0ra09895g Kazuhiko Mukai 1 , Tomiko M Suzuki 1 , Takeshi Uyama 1 , Takamasa Nonaka 1 , Takeshi Morikawa 1 , Ikuya Yamada 2
RSC Advances ( IF 3.9 ) Pub Date : 2020-12-18 , DOI: 10.1039/d0ra09895g Kazuhiko Mukai 1 , Tomiko M Suzuki 1 , Takeshi Uyama 1 , Takamasa Nonaka 1 , Takeshi Morikawa 1 , Ikuya Yamada 2
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Research on materials under extreme conditions such as high pressures provides new insights into the evolution and dynamics of the earth and space sciences, but recently, this research has focused on applications as functional materials. In this contribution, we examined high-pressure/high-temperature phases of β-FeO1−x(OH)1+xClx with x = 0.12 (β-FeOOH) and their catalytic activities of water oxidation, i.e., oxygen evolution reaction (OER). Under pressures above 6 GPa and temperatures of 100–700 °C, β-FeOOH transformed into ε-FeOOH, as in the case of α-FeOOH. However, the established pressure–temperature phase diagram of β-FeOOH differs from that of α-FeOOH, probably owing to its open framework structure and partial occupation of Cl− ions. The OER activities of ε-FeOOH strongly depended on the FeOOH sources, synthesis conditions, and composite electrodes. Nevertheless, one of the ε-FeOOH samples exhibited a low OER overpotential compared with α-FeOOH and its parent β-FeOOH, which are widely used as OER catalysts. Hence, ε-FeOOH is a potential candidate as a next-generation earth-abundant OER catalyst.
中文翻译：
β-FeOOH高压合成ε-FeOOH及其在水氧化催化剂中的应用
对高压等极端条件下的材料的研究为地球和空间科学的演化和动力学提供了新的见解，但最近，这项研究的重点是作为功能材料的应用。在这篇文章中，我们研究了x = 0.12 (β-FeOOH) 的 β-FeO 1− x (OH) 1+ x Cl x的高压/高温相及其对水氧化的催化活性，即，析氧反应（OER）。在高于 6 GPa 的压力和 100–700 °C 的温度下，β-FeOOH 转变为 ε-FeOOH，就像 α-FeOOH 的情况一样。然而，建立的 β-FeOOH 的压力-温度相图与 α-FeOOH 的不同，可能是由于其开放的框架结构和部分占据了 Cl -离子。ε-FeOOH 的 OER 活性很大程度上取决于 FeOOH 来源、合成条件和复合电极。然而，与广泛用作 OER 催化剂的 α-FeOOH 及其母体 β-FeOOH 相比，其中一个 ε-FeOOH 样品表现出较低的 OER 过电位。因此，ε-FeOOH 是下一代地球丰富的 OER 催化剂的潜在候选者。
更新日期：2020-12-18
中文翻译：
β-FeOOH高压合成ε-FeOOH及其在水氧化催化剂中的应用
对高压等极端条件下的材料的研究为地球和空间科学的演化和动力学提供了新的见解，但最近，这项研究的重点是作为功能材料的应用。在这篇文章中，我们研究了x = 0.12 (β-FeOOH) 的 β-FeO 1− x (OH) 1+ x Cl x的高压/高温相及其对水氧化的催化活性，即，析氧反应（OER）。在高于 6 GPa 的压力和 100–700 °C 的温度下，β-FeOOH 转变为 ε-FeOOH，就像 α-FeOOH 的情况一样。然而，建立的 β-FeOOH 的压力-温度相图与 α-FeOOH 的不同，可能是由于其开放的框架结构和部分占据了 Cl -离子。ε-FeOOH 的 OER 活性很大程度上取决于 FeOOH 来源、合成条件和复合电极。然而，与广泛用作 OER 催化剂的 α-FeOOH 及其母体 β-FeOOH 相比，其中一个 ε-FeOOH 样品表现出较低的 OER 过电位。因此，ε-FeOOH 是下一代地球丰富的 OER 催化剂的潜在候选者。
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