Cobalt-based oxides are potential alternatives to noble metal catalysts for the acidic oxygen evolution reaction (OER); however, their activity and stability are limited by the surface reorganization of cobalt oxide into the Co(IV)O active phase of pure Co₃O₄ with retarded OER kinetics. Herein, we report a geometrically reconstructed active site F–Co–O of Co₃O_4−xF_x phase by forming an F electron-dominated sharing effect, which prominently regulates the Co pre-OER feature of the pure Co₃O₄ catalyst, and displays an unconventional electrochemical behavior for remarkably boosted acidic water oxidation. The Co₃O_4−xF_x catalyst exhibits a relatively low overpotential of 349 mV at 10 mA cm⁻² and operation durability of 120 h at 100 mA cm⁻² for the acidic OER, making it one of the best-performing non-noble metal catalysts. The in-depth mechanistic analysis via quasi in situ/operando techniques and density functional theory proves the ability of F to adjust the Co pre-oxidation reaction on Co₃O_4−xF_x and reproduces the remarkable activity of the OER over Co₃O_4−xF_x, as well as detailing the switchable rate-determining step and catalytic mechanisms for exceptionally enhanced performance. This work opens feasible avenues for designing acidic OER catalysts of non-precious metal oxides toward commercial water electrolysis.

中文翻译：

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通过几何重构的 F-Co-O 活性位点调整 Co3O4 的 Co 预氧化过程，以促进酸性水氧化


钴基氧化物是酸性析氧反应 （OER） 中贵金属催化剂的潜在替代品;然而，它们的活性和稳定性受到钴氧化物表面重组为纯 Co₃O₄ 的 Co（IV） O 活性相的限制，具有延迟的 OER 动力学。在此，我们通过形成 F 电子主导的共享效应，报道了 Co₃O _4-xF_x 相的几何重建活性位点 F-Co-O，它突出地调节了纯 Co₃O₄ 催化剂的 Co pre-OER 特性，并显示出非常规的电化学行为，可显着促进酸性水氧化。对于酸性 OER，Co₃O_4−xF_x 催化剂在 10 mA cm⁻² 时表现出 349 mV 的相对较低的过电位，在 100 mA cm⁻² 下的工作耐久性为 120 小时，使其成为性能最佳的非贵金属催化剂之一。通过准原位/原位技术和密度泛函理论进行的深入机理分析证明了 F 能够调节 Co 在 Co₃O_4−xF_x 上的预氧化反应，并再现了 OER 在 Co₃O_4−xF_x 上的显着活性，并详细介绍了可切换的速率决定步骤和催化机制，以实现异常增强的性能。 这项工作为设计非贵金属氧化物的酸性 OER 催化剂用于商业水电解开辟了可行的途径。