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邵琪Nature子刊：過電位僅為205 mV！亞穩單斜相IrO2納米帶高效電催化酸性OER

在酸性條件下電解水制備清潔、可再生的氫氣是解決能源和環境問題的有效方法。由于電解水分解的大部分能量消耗都發生在陽極處，因此開發一種有效的陽極析氧反應(OER)電催化劑可以顯著改善能量轉換效率。氧化銥(IrO₂)被認為是OER的最先進的催化劑，其可以在苛刻的酸性條件穩定反應。然而，先前報道的IrO₂催化劑缺乏較高的效能來對抗OER的緩慢動力學。

基于此，蘇州大學邵琪課題組采用熔融堿機械化學法制備了具有C2/m (12)空間群的單斜相層狀IrO₂納米帶(IrO₂ NRs)。

在酸性條件下(0.5 M H₂SO₄)，IrO₂ NRs在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位為205 mV，Tafel斜率為46.2 mV dec^?1，優于C-IrO₂催化劑(98 mV，97.3 mV dec^?1)。

研究人員還收集了電流密度為20 mA cm^?2時的IrO₂ NRs產生的氧氣，在120分鐘內氧氣的法拉第效率保持在95.0%以上，說明該催化具有優異的OER活性。此外，單斜IrO₂ NRs還具有很高的穩定性，其在10 mA cm^?2電流密度下能夠連續運行約500000秒，過電位增加可忽略不計。

實驗結果和理論計算結果表明，對于傳統的金紅石IrO₂催化劑，其傾向于強烈結合O的中間體，并且由于其高d帶中心(或更低的O 2p帶)導致低OER活性；所制備的IrO₂NRs的暴露的Ir原子具有比金紅石IrO₂的更低的d帶(或更高的O 2p帶)中心，這有助于OER中間體的弱吸附，使得四電子OER過程自我調控的到一個平衡的自由能分布與低過電位，因此其具有較高的OER活性。

總的來說，該項工作中所提出的明確的金屬氧化物帶狀納米結構將為下一代固體催化劑的設計提供了思路，并為深入理解結構-活性關系提供依據。

Iridium Oxide Nanoribbons with Metastable Monoclinic Phase for Highly Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-36833-1

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