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Optimizing 3d spin polarization of CoOOH by in situ Mo doping for efficient oxygen evolution reaction
Carbon Energy ( IF 19.5 ) Pub Date : 2023-08-29 , DOI: 10.1002/cey2.418 Zhichao Jia 1 , Yang Yuan 1 , Yanxing Zhang 2 , Xiang Lyu 3 , Chenhong Liu 1 , Xiaoli Yang 1 , Zhengyu Bai 1 , Haijiang Wang 4 , Lin Yang 1
Carbon Energy ( IF 19.5 ) Pub Date : 2023-08-29 , DOI: 10.1002/cey2.418 Zhichao Jia 1 , Yang Yuan 1 , Yanxing Zhang 2 , Xiang Lyu 3 , Chenhong Liu 1 , Xiaoli Yang 1 , Zhengyu Bai 1 , Haijiang Wang 4 , Lin Yang 1
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Transition-metal oxyhydroxides are attractive catalysts for oxygen evolution reactions (OERs). Further studies for developing transition-metal oxyhydroxide catalysts and understanding their catalytic mechanisms will benefit their quick transition to the next catalysts. Herein, Mo-doped CoOOH was designed as a high-performance model electrocatalyst with durability for 20 h at 10 mA cm−2. Additionally, it had an overpotential of 260 mV (glassy carbon) or 215 mV (nickel foam), which was 78 mV lower than that of IrO2 (338 mV). In situ, Raman spectroscopy revealed the transformation process of CoOOH. Calculations using the density functional theory showed that during OER, doped Mo increased the spin-up density of states and shrank the spin-down bandgap of the 3d orbits in the reconstructed CoOOH under the electrochemical activation process, which simultaneously optimized the adsorption and electron conduction of oxygen-related intermediates on Co sites and lowered the OER overpotentials. Our research provides new insights into the methodical planning of the creation of transition-metal oxyhydroxide OER catalysts.
中文翻译：
通过原位Mo掺杂优化CoOOH的3d自旋极化以实现高效的析氧反应
过渡金属羟基氧化物是析氧反应（OER）的有吸引力的催化剂。开发过渡金属羟基氧化物催化剂并了解其催化机制的进一步研究将有利于其快速过渡到下一代催化剂。在此，Mo掺杂CoOOH被设计为高性能模型电催化剂，在10 mA cm -2下具有20小时的耐久性。此外，它的过电位为260 mV（玻碳）或215 mV（泡沫镍），比IrO 2的过电位（338 mV）低78 mV。原位拉曼光谱揭示了 CoOOH 的转变过程。利用密度泛函理论计算表明，在OER过程中，掺杂Mo在电化学活化过程中增加了重构CoOOH中3d轨道的自旋向上态密度并缩小了自旋向下带隙，同时优化了吸附和电子传导Co位点上与氧相关的中间体的含量并降低了OER超电势。我们的研究为过渡金属羟基氧化物 OER 催化剂的创建的系统规划提供了新的见解。
更新日期：2023-08-29
中文翻译：
通过原位Mo掺杂优化CoOOH的3d自旋极化以实现高效的析氧反应
过渡金属羟基氧化物是析氧反应（OER）的有吸引力的催化剂。开发过渡金属羟基氧化物催化剂并了解其催化机制的进一步研究将有利于其快速过渡到下一代催化剂。在此，Mo掺杂CoOOH被设计为高性能模型电催化剂，在10 mA cm -2下具有20小时的耐久性。此外，它的过电位为260 mV（玻碳）或215 mV（泡沫镍），比IrO 2的过电位（338 mV）低78 mV。原位拉曼光谱揭示了 CoOOH 的转变过程。利用密度泛函理论计算表明，在OER过程中，掺杂Mo在电化学活化过程中增加了重构CoOOH中3d轨道的自旋向上态密度并缩小了自旋向下带隙，同时优化了吸附和电子传导Co位点上与氧相关的中间体的含量并降低了OER超电势。我们的研究为过渡金属羟基氧化物 OER 催化剂的创建的系统规划提供了新的见解。
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