酸素進化反応中のランタンニッケレート電気触媒の表面変換の調査

電気触媒反応条件下での金属酸化物の表面の自発的な再構築を監視することは、活性部位を特定し、構造活性関係を確立するために重要です。ここでは、アルカリ電解質種との反応中に自然発生するラドルデンポッパーランタン酸化ニッケル（La2Nio4+δ）の自己終了表面再構築について報告します。高解像度スキャン透過型電子顕微鏡（HR-STEM）、表面感受性X線光電子分光法（XPS）、およびソフトX線吸収分光法（SXAS）、および電気化学技術の組み合わせを使用して、構造を特定します。再構築された表面層は、豊富な低調整されたニッケル部位を特徴とするアモルファス（酸素）水酸化物相です。酸素進化反応（OER）サイクリング実験中に、結晶酸化物格子（形成された約2 nmの層を超えて）のさらなるアモルファイズは観察されませんでした。特に、再構築された表面層の形成により、材料の酸素進化反応（OER）活性は、手付かずの結晶表面と比較した場合、45倍に増加します。対照的に、関連するペロブスカイト相、つまりLanio3は顕著な表面再構成を示さず、そのOER活性の増加も観察されませんでした。この作業は、親酸化物の結晶構造によって決定される表面再構成の挙動に関する詳細な洞察を提供し、反応条件下での表面ダイナミクスの重要性を強調しています。

Monitoring the spontaneous reconstruction of the surface of metal oxides under electrocatalytic reaction conditions is critical to identifying the active sites and establishing structure-activity relationships. Here, we report on a self-terminated surface reconstruction of Ruddlesden-Popper lanthanum nickel oxide (La2NiO4+δ) that occurs spontaneously during reaction with alkaline electrolyte species. Using a combination of high-resolution scanning transmission electron microscopy (HR-STEM), surface-sensitive X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS), as well as electrochemical techniques, we identify the structure of the reconstructed surface layer as an amorphous (oxy)hydroxide phase that features abundant under-coordinated nickel sites. No further amorphization of the crystalline oxide lattice (beyond the ∼2 nm thick layer formed) was observed during oxygen evolution reaction (OER) cycling experiments. Notably, the formation of the reconstructed surface layer increases the material's oxygen evolution reaction (OER) activity by a factor of 45 when compared to that of the pristine crystalline surface. In contrast, a related perovskite phase, i.e., LaNiO3, did not show noticeable surface reconstruction, and also no increase in its OER activity was observed. This work provides detailed insight into a surface reconstruction behavior dictated by the crystal structure of the parent oxide and highlights the importance of surface dynamics under reaction conditions.