Выявление высокоактивных атомов Fe в (Ni,Fe)OOH для электрокаталитического расщепления воды
Identification of Highly Active Fe Sites in (Ni,Fe)OOH for Electrocatalytic Water Splitting
2015-01-05
SCID: 54.1/ab67bsbh
Discuss with AI
Fe3+ в октаэдрических позициях с короткими связями Fe–ONi1–xFexOOHвысокоеэнергетическое разрешение флуоресцентной детекции (HERFD)операндная рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAS)реакция эволюции кислорода (OER)
Figures from the paper
Abstract (AI)
Для создания фотоэлектрохимических устройств, эффективно производящих водород из воды с использованием солнечной энергии, требуются высокоактивные катализаторы реакции эволюции кислорода (OER). В работе мы устанавливаем происхождение 500-кратного увеличения активности по OER, достигаемого в смешанных (Ni,Fe)оксигидроксидах (Ni1–xFexOOH) по сравнению с их чистыми родительскими соединениями Ni и Fe, что делает их одними из наиболее активных известных катализаторов OER в щелочном электролите. Операндная рентгеновская спектроскопия поглощения (XAS) с детекцией флуоресценции высокого энергетического разрешения (HERFD) показывает, что Fe3+ в Ni1–xFexOOH занимает октаэдрические вакансии с необычно короткими расстояниями Fe–O, вызванными смежным соединением (edge-sharing) с окружающими октаэдрами [NiO6]. С помощью вычислительных методов мы устанавливаем, что этот структурный мотив обеспечивает практически оптимальные энергии адсорбции промежуточных продуктов OER и низкие перенапряжения на Fe-центрах. Напротив, атомы Ni в Ni1–xFexOOH не являются активными сайтами для окисления воды.
Key Findings
1
Вычислительный анализ показывает, что эта структурная мотивация обеспечивает почти оптимальные энергии адсорбции промежуточных продуктов OER и низкие надпотенциалы на Fe-сайтах.
2
Смешанный Ni1–xFexOOH демонстрирует до 500-кратного увеличения активности по OER по сравнению с чистыми никелевыми и железными оксидгидроксидами.
3
Ni-сайты в Ni1–xFexOOH не являются активными для окисления воды; активность обусловлена Fe-сайтами.
4
Операндный HERFD-XAS показывает, что Fe3+ в Ni1–xFexOOH занимает октаэдрические позиции с необычно короткими расстояниями Fe–O.
5
Короткие расстояния Fe–O возникают из-за общего ребра между [FeO6] и окружающими [NiO6] октаэдрами в смешанном оксиде.
Research Object
Смешанный никель–железный оксигидроксидный катализатор (Ni1–xFexOOH) с Fe в октаэдрических позициях, образующих разделяющие ребра [NiO6] октаэдры
Research Subject
Идентификация и характеристика высокоактивных сайтов Fe3+, ответственных за 500-кратное повышение активности в OER, включая необычно короткие Fe–O связи, структурную мотивацию от разделяющих ребра [NiO6] октаэдров, близкие к оптимальным энергии адсорбции интермедиатов OER и связанные с этим низкие сверхпотенциалы (установлено с помощью operando XAS/HERFD и вычислений)
Publication Details
Publication Date
2015-01-05
Journal
Publisher
ISSN
Open access PDF
Access Type
Author Information
Download PDF
Subscribe to digest