【催化】原子/空位耦合促进酸性水氧化- 大数跨境

X-MOL资讯

2020-10-07

导读：兰州大学席聘贤教授、香港理工大学黄勃龙教授采用共电沉积的方法在超薄的NiCo2O4多孔纳米片中成功引入了Ir单原子（Ir-SAs），获得了更具酸性OER前景的新型催化剂（Ir-NiCo2O4 NSs）

析氧反应（OER）在绿色能源可持续发展中具有重要作用。但是，由于多步的电子-质子转移使得OER反应动力学较慢，大大限制了其在能源转换中效率的提升。因此开发具有高活性、高稳定性和低成本的电催化剂，提升OER的催化效率具有重要意义；同时，如何推进酸性OER催化剂的发展，促进酸性水分解的进步，实现氢能的更易制备，也是发展酸性OER催化剂的重要出发点。

近日，兰州大学席聘贤教授、香港理工大学黄勃龙教授采用共电沉积的方法在超薄的NiCo₂O₄多孔纳米片中成功引入了Ir单原子（Ir-SAs），获得了更具酸性OER前景的新型催化剂（Ir-NiCo₂O₄ NSs）。实验发现，表面暴露的Ir-SAs与氧空位（VO）偶联获得了更具活性的催化位点（Ir-O_x）增强了催化剂OER活性和在酸性介质中的稳定性。密度泛函理论（DFT）计算表明，Ir-O_x活性中间体附近具有高电子交换和转移活性；同时，Ir-O_x活性中间体的形成对内部尖晶石结构在酸性条件下的稳定提供了保护。该文章发表在国际顶级期刊J. Am. Chem. Soc.上。

从超薄结构和Ir-SAs形成可以预测Ir-NiCo₂O₄ NSs催化剂优秀的活性，Ir-O_x活性中间体在OER过程中的不断富集不仅保证了催化剂的性能，而且也使得催化剂的稳定性大幅度提升。实验发现，Ir-NiCo₂O₄ NSs催化剂在酸性条件下在过电位为240 mV时可达到OER电流密度为10 mA cm^-2；同时，稳定性测试表明，Ir-NiCo₂O₄ NSs在酸性介质中不同温度条件下均具有优异的稳定性，说明了Ir-O_x活性中间体在该过程中的重要作用。此外，由于Ir-SAs和VO的耦合形成的Ir-O_x活性中心，不仅为Ir-NiCo₂O₄ NSs催化剂提供了活性基础；同时，由于较低的负载量，使得该催化剂表现出高的转化频率（TOF）和质量活性（MA）。