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In situ UV–Vis absorption spectroscopy study of the water electrooxidation on cobalt oxide catalysts
Electrochimica Acta ( IF 5.5 ) Pub Date : 2024-12-08 , DOI: 10.1016/j.electacta.2024.145489 Jia Du, Joaquín Morales-Santelices, Omeshwari Yadorao Bisen, Denis Antipin, Dulce M. Morales, Marcel Risch
Electrochimica Acta ( IF 5.5 ) Pub Date : 2024-12-08 , DOI: 10.1016/j.electacta.2024.145489 Jia Du, Joaquín Morales-Santelices, Omeshwari Yadorao Bisen, Denis Antipin, Dulce M. Morales, Marcel Risch
Despite the current prominence of cobalt oxides as electrocatalysts for the alkaline oxygen evolution reaction (OER), there is a lack of unambiguous demonstration for the presence and the role of Co4+ prior to/during the OER. Here, we combine electrochemistry with in situ UV–Vis absorption spectroscopy to investigate and discuss the previously unaddressed effect of different OH− concentrations in the range from 1 M to 0.016 M on the population of Co4+ in thin films of CoOx and its concomitant impact on their OER performance. Evidence for Co4+ is provided by in-situ X-ray absorption spectroscopy. Our UV–Vis absorption spectroscopic findings indicate that, not only can the overall redox conversion of Co be qualitatively monitored as a function of potential and OH− concentration, but also the formation of oxidized Co (i.e.,Co3+ and Co4+) assigned to a peak at 800 nm can be more quantitatively tracked in situ via stepped potential spectroelectrochemistry; with their optical signals becoming stronger at higher OH−concentrations above 1.2 V vs. RHE, which is consistent with voltammetric redox couples, indicating an enhancement in Co oxidation state and the consequent predominance of Co4+ under conditions of elevated OH− concentrations. Furthermore, the evolved oxygen due to OER does not depend on Co4+ or OH− activity at 1.54 V vs. RHE, while a correlation with both Co4+ and OH− is identified at 1.59 V vs. RHE. This study not only provides spectral insight into the redox chemistry of Co at OER-relevant potentials but also highlights the importance of Co4+ in facilitating the alkaline OER at high OH− concentrations and current densities.
中文翻译:
原位紫外-可见吸收光谱对氧化钴催化剂进行水电氧化的研究
尽管目前钴氧化物作为碱性析氧反应 (OER) 的电催化剂很突出,但在 OER 4+ 之前/期间缺乏明确的证明 Co 的存在和作用。在这里,我们将电化学与原位紫外-可见吸收光谱相结合,研究和讨论以前未解决的不同 OH − 浓度在 1 M 至 0.016 M 范围内对 CoO 薄膜 4+ 中 Co 数量的影响 x 及其对其 OER 性能的随之影响。原位 X 射线吸收光谱提供了 Co 4+ 的证据。我们的紫外-可见吸收光谱结果表明,不仅可以定性监测 Co 的整体氧化还原转化率作为电位和 OH − 浓度的函数,而且可以通过阶跃电位光谱电化学更定量地原位跟踪分配给 800 nm 峰的氧化 Co(即 Co 3+ 和 Co 4+ )的形成;与 RHE 相比,在 1.2 V 以上的较高 OH − 浓度下,它们的光信号变得更强,这与伏安法氧化还原对一致,表明 4+ 在 OH − 浓度升高的条件下,Co 氧化态增强,因此 Co 占主导地位。此外,OER 产生的释放氧不取决于 1.54 V 与 RHE 时的 Co 4+ 或 OH − 活性,而在 1.59 V 与 RHE 时确定与 Co 4+ 和 OH − 的相关性。 这项研究不仅提供了对 Co 在 OER 相关电位下的氧化还原化学的光谱见解,还强调了 Co 4+ 在促进高 OH − 浓度和电流密度下的碱性 OER 方面的重要性。
更新日期:2024-12-08
中文翻译:
原位紫外-可见吸收光谱对氧化钴催化剂进行水电氧化的研究
尽管目前钴氧化物作为碱性析氧反应 (OER) 的电催化剂很突出,但在 OER 4+ 之前/期间缺乏明确的证明 Co 的存在和作用。在这里,我们将电化学与原位紫外-可见吸收光谱相结合,研究和讨论以前未解决的不同 OH − 浓度在 1 M 至 0.016 M 范围内对 CoO 薄膜 4+ 中 Co 数量的影响 x 及其对其 OER 性能的随之影响。原位 X 射线吸收光谱提供了 Co 4+ 的证据。我们的紫外-可见吸收光谱结果表明,不仅可以定性监测 Co 的整体氧化还原转化率作为电位和 OH − 浓度的函数,而且可以通过阶跃电位光谱电化学更定量地原位跟踪分配给 800 nm 峰的氧化 Co(即 Co 3+ 和 Co 4+ )的形成;与 RHE 相比,在 1.2 V 以上的较高 OH − 浓度下,它们的光信号变得更强,这与伏安法氧化还原对一致,表明 4+ 在 OH − 浓度升高的条件下,Co 氧化态增强,因此 Co 占主导地位。此外,OER 产生的释放氧不取决于 1.54 V 与 RHE 时的 Co 4+ 或 OH − 活性,而在 1.59 V 与 RHE 时确定与 Co 4+ 和 OH − 的相关性。 这项研究不仅提供了对 Co 在 OER 相关电位下的氧化还原化学的光谱见解,还强调了 Co 4+ 在促进高 OH − 浓度和电流密度下的碱性 OER 方面的重要性。