Ir氧化物是目前性能最好的酸性水氧化電催化劑,但是結構局限在少數幾種Ir-O八面體,結構的柔性度較低。有鑒于此,阿卜杜拉國王科技大學張華彬教授等將空間聯系的多個Ir原子修飾在TiO2的表面晶格中,顯著促進OER電催化性能。
i-Ir/TiO2催化劑具有較好的電催化性能,在電流密度為10 mA cm-2的過電勢為240 mV,在100 mA cm-2電流密度酸性電解液中實現了315 h的優異穩定性。實驗測試和理論計算結果表明Ir-O-Ir的柔性配位結構和可變化的幾何結構能夠增強OER電催化活性,能夠調節Ir位點的d能帶優化中間體吸附。原位表征結果表明Ir-O-Ir位點能夠克服Ir位點過度氧化,因此拓展Ir催化劑的電化學穩定窗口。
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構筑的質子交換膜電解槽,使用i-Ir/TiO2作為陽極,在2 A cm-2電流密度的電壓僅為1.63 V,而且穩定工作時間超過440 h。這項工作展示了消除IrOx物種本征局限的普適策略,有助于發展和設計先進的催化劑。
參考文獻
Yang Li, Guoxiang Zhao, Shouwei Zuo, Linrui Wen, Qiao Liu, Chen Zou, Yuanfu Ren, Yoji Kobayashi, Huabing Tao, Deyan Luan, Kuowei Huang, Luigi Cavallo, Huabin Zhang, Integrating Interactive Ir Atoms into Titanium Oxide Lattice for Proton Exchange Membrane Electrolysis, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202407386
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202407386