论文名称：Ultrafast Synthesis of IrB1.15 Nanocrystals for Efficient Chlorine and Hydrogen Evolution Reactions in Saline Water
发刊期刊：《Angewandte Chemie International Edition》
在当前全球能源转型的大背景下，可再生能源的利用成为了关键。太阳能、海洋能、地热能等清洁能源的应用，已被广泛看作是实现能源可持续发展的重要途径。而水电解技术，作为一种绿色、高效的能源转换手段，也在不断推动这一进程。传统的水电解过程需要面对能源消耗和经济成本的双重挑战，尤其是在处理含盐水时，如何提升效率并降低成本成为了科研的重点。
为此，魁北克大学孙书会院士及其团队开发出了一项突破性技术，通过超快速焦耳加热技术合成了一种新的电催化剂——IrB1.15纳米晶体。该技术能在几秒钟内迅速提升材料温度，避免了传统高温加热过程中常见的烧结和聚集问题，从而优化了催化剂的性能。这一新型催化剂能在酸性含盐水中高效地进行氯气和氢气的电解反应，表现出了卓越的电催化性能。
这种技术能够迅速将材料温度提升至900°C，并在极短时间内保持高温，避免了传统加热过程中可能导致的催化剂烧结现象。通过这种方法，研究人员成功合成了结构有序的IrB1.15纳米晶体，确保了其卓越的电催化性能。
在海水电解应用中，IrB1.15表现出极高的效率。在电流密度为10 mA cm^-2的条件下，氯气演化反应（CER）和氢气演化反应（HER）所需的过电位分别为75 mV和12 mV，显著低于传统的IrO2和Pt/C催化剂。此外，IrB1.15在超过90小时的稳定性测试中，表现出非常高的耐久性，为电催化领域提供了新的解决方案。
通过密度泛函理论（DFT）计算和原位拉曼光谱分析，研究人员进一步揭示了IrB1.15在氯气和氢气吸附中的机制。研究发现，IrB1.15中的铱（Ir）原子是氯气演化反应的活性中心，而硼（B）的引入则有效改善了氢气演化反应的表现。
(a) 制备示意图；(b, c) 不同放大倍数的TEM图像；(d) HRTEM图像；(e-g) HAADF-STEM图像及Ir和B的EDX元素分布图。
展示了IrB1.15纳米晶体的制备过程及其形貌特征，图1a是制备示意图，展示了合成步骤。TEM和HRTEM图像显示了IrB1.15晶体的纳米粒径及其结构特征。
(a, b) HAADF-STEM和BF图像；(c) 沿[-110]方向的晶体结构；(d) XRD图谱；(e) Ir 4f XPS谱图；(f) B 1s XPS谱图。
这些图表明了IrB1.15的晶体结构与其原子排列的精确性，XPS和XRD谱图为其化学组成提供了有力证据。
(a) 在4.0 M NaCl中与IrO2的OER极化曲线比较；(b) 过电位；(c) Tafel斜率；(d) 与其他催化剂的过电位比较；(e) Nyquist图；(f) 双电层电容；(g) 循环伏安前后的极化曲线；(h) 计时电流曲线。
展示了IrB1.15在不同NaCl浓度下的氯气演化反应（CER）性能。通过不同测试，展示了其较低的过电位和优秀的稳定性。
(a) 在0.5 M H2SO4中与IrO2和Pt/C的极化曲线比较；(b) 过电位；(c) Tafel斜率；(d) 与其他催化剂的过电位比较；(e) 循环伏安后的极化曲线；(f) 长期稳定性测试。
展示了IrB1.15在氢气演化反应中的卓越性能和长期稳定性。
(a, b) IrB1.15(110)表面的侧视图和俯视图；(c) DFT计算模型；(d, f) CER和HER过程的自由能图；(e, g) CER和HER条件下的原位拉曼光谱。
这部分详细介绍了IrB1.15的催化机理，密度泛函理论（DFT）和拉曼光谱分析揭示了IrB1.15如何在CER和HER反应中发挥作用。
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