Двойная модуляция Fe и S: совместимый механизм эволюции адсорбата и окисления кристаллического кислорода для окисления воды

Одновременная активация металлических и кристаллических кислородных участков для создания совместимого многомеханистического катализа ожидаемо важна для реакции образования кислорода (OER), поскольку обеспечивает обильно доступные активные центры и регулирует каталитическую активность и стабильность, однако остаются значительные трудности. В работе предложен Fe- и S-дважды модулированный NiFe оксихидроксид (R-NiFeOOH@SO4), образованный в результате полной реконструкции NiMoO4·xH2O@Fe,S во время OER, который реализует совместимые механизмы эволюции адсорбата и окисления кристаллического кислорода при одновременной оптимизации металлических и кислородных участков, что подтверждено in situ спектроскопией, масс-спектрометрией и химическими пробами. Теоретический анализ показывает, что Fe ускоряет кинетику OER в рамках механизма эволюции адсорбата, тогда как S активирует кристаллический кислород в механизме его окисления, что сопровождается сдвигом центра полосы O 2p вверх, увеличением d–d кулоновской взаимосвязи, ослаблением металло-кислородной связи и оптимизацией свободной энергии адсорбции промежуточных состояний. Благодаря совместному многомеханизму R-NiFeOOH@SO4 требует избыточных потенциалов 251 ± 5 мВ и 291 ± 1 мВ для обеспечения плотностей тока 100 и 500 мA cm^-2 соответственно в щелочной среде, демонстрируя стабильность более 300 ч. Работа дает представления для понимания механизма OER и для лучшего проектирования высокоэффективных катализаторов OER.