​浙工大Adv. Sci.:CoO@S-CoTe助力OER

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电催化裂解水技术大规模实施的瓶颈在于缺乏廉价、高效、耐用的催化剂,以加速析氧反应(OER)缓慢的动力学。过渡金属碲化物(TMT)具有良好的电子导电性,有望成为一种理想的OER电催化剂,但已报道的大多数TMTs的OER性能仍不理想,远低于相应的硫化物和硒化物。

基于此,浙江工业大学汪磊副教授、贾毅教授和许响生教授(共同通讯作者)等人报道了碲化钴(CoTe)纳米阵列通过硫(S)掺杂和表面氧化的双重集成来激活和稳定OER。合成后的CoO@S-CoTe催化剂在电流密度为10 mA cm−2下的过电位仅为246 mV,长期稳定性超过36 h,优于商业RuO2和其他已报道的Te基OER催化剂。

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通过DFT计算,作者研究了基本步骤的电荷分布和吉布斯自由能。在文中,作者构建了CoTe、S-CoTe、CoO@CoTe和CoO@S-CoTe四个理论模型。通过1.23 V和0 V时的能量图,可明显地看到OER过程的第三步,即O*到OOH*的转换,是所有模型的速率决定步骤(RDS)。

S-CoTe(0.59 eV)和CoO@CoTe(0.55 eV)的∆GO*→OOH*值小于CoTe(0.71 eV),表明S掺杂和表面氧化对降低OER能垒有积极作用。在四个模型中,CoO@S-CoTe的∆GO*→OOH*值最小为0.43 eV,表明CoO@S-CoTe模型中中间的O*原子与顶部CoO层暴露的Co位之间的结合强度更强。

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为进一步揭示活性增强机制,作者计算了电荷密度的差异分布。在CoTe中掺杂S可以使电荷更方便地从顶部CoO层转移到内部Co位点,在CoO中形成电子缺失区,从而提高OER的催化性能。结果表明,在CoTe晶格中掺杂S,形成合适的表面CoO可以协同调节CoTe的OER性能,突破了CoTe的实际应用瓶颈。

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Dual Integrating Oxygen and Sulphur on Surface of CoTe Nanorods Triggers Enhanced Oxygen Evolution Reaction. Adv. Sci., 2023, DOI: 10.1002/advs.202206204.

https://doi.org/10.1002/advs.202206204.



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