SCMs|低电负性阴离子掺杂调控钴酸锌的电子结构以提高析氧反应活性

电子结构和电导率是析氧反应活性的重要描述符，它们可以通过掺杂来调节，然而金属掺杂通常会减少电催化剂的活性位点数量。

近日，中国科学技术大学陆亚林教授、傅正平副教授和澳大利亚伍伦贡大学李晓宁副研究员等人在Science China Materials发表研究论文，探究了阴离子掺杂对尖晶石钴酸锌（ZCO）电子结构及其析氧活性的影响。

本文要点：

1) 与三价钴为主的ZCO相比，用电负性较低的硫取代氧会提高低自旋态（t_2g⁶e_g¹）二价钴的占比，其析氧活性要高于低自旋态的三价钴（t_2g⁶e_g⁰）。

2) 掺硫钴酸锌（ZCO-S）中钴离子和阴离子之间的电子密度的再分布导致了二价钴的增多，而且钴和硫离子间的强共价作用也会加速电荷迁移。

3) ZCO-S在1.65 V（相对于可逆氢电极）下的比活性比原始ZCO高11倍。

4) 相反，掺入具有较高电负性和价态的氟（F）并不能有效地改善电子结构，最终导致材料析氧活性的降低。

本工作建立了所掺阴离子的电负性与钴酸锌本征析氧活性之间的联系，并提供了一种通过掺杂不同电负性的阴离子来调控尖晶石氧化物的电子结构的简单有效的方法，这为合理设计高性能尖晶石电催化剂提供了新途径。

文章信息

Xiong B., Ge L., Lei X., et al. Tailoring the electronic structure of ZnCo₂O₄ by incorporating anions with low electronegativity to improve the water oxidation activity. Sci. China Mater. (2023).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2335-1

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