?同濟/柏林工大/馬普所Nat. Commun.:Ir-Co3O4高效的催化酸性條件下的OER 2023年10月15日 下午9:06 ? 頂刊 ? 閱讀 29 設計出活性穩定、經濟高效的酸性析氧電催化劑是研制質子交換膜水電解槽的關鍵。基于此,同濟大學馬吉偉教授、德國柏林工業大學Peter Strasser和德國馬普固體化物所胡志偉教授(共同通訊作者)等人報道了一種簡單而經濟的策略,通過機械化學方法制備原子分散的Ir原子摻雜在尖晶石Co3O4(Ir-Co3O4)中。通過引入微量Ir(~1.05 at%),Ir-Co3O4在酸性介質中電流密度為10 mA cm-2時,OER過電位顯著降低至236 mV,明顯低于Co3O4(412 mV)。在過電位為300 mV時,Ir-Co3O4的歸一化質量活度和TOF均比商用IrO2高近兩個數量級。同時,在Co3O4晶格中加入Ir單原子后,穩定性更久。 通過DFT計算,作者研究了OER的機理及其對Ir-Co3O4的協同作用。Ir-Co3O4上的電荷密度差表明,Ir摻入Co3O4可有效地調節電荷的再分配,Ir原子傾向于失去電子,離域電子聚集在鄰近Ir-O鍵周圍。 此外,Ir-Co3O4的d-帶中心位置高于Co3O4,d-帶中心的正移有利于催化劑表面與吸附體之間的相互作用。預測態密度(pDOS)表明,Ir的引入在Ir-Co3O4中產生了新的雜化電子態,導致在費米能級附近的總態密度(TDOS)變寬,而Co3O4的TDOS顯示出帶隙,表明Ir單原子的引入使Co3O4具有金屬性質,比Co3O4具有更好的電子導電性,從而加快OER動力學。 通過對Co 3d、O 2p和Ir 5d pDOS的檢驗,作者研究了Ir原子與Co3O4的協同作用,觀察到pDOS中Ir 5d軌道與Co 2p軌道有很大的重疊,表明Co與Ir原子之間具有強相互作用和更多共價性。作者首先計算了Ir位的電位決定步驟(PDS),結果表明Ir-Co3O4和IrO2的極限步驟都發生在O*到OOH*的轉換上。它們對應的PDS值分別為0.288 eV和0.378 eV,表明Ir-Co3O4具有較低的能壘和較好的OER性能。 此外,Co位上的計算表明,Co3O4上的PDS主要來源于H2O向OH*的轉變,勢壘為1.31 eV。在Ir-Co3O4上,隨著OOH*的形成,PDS發生變化,相應的能壘進一步降低至1.11 eV,突出了Ir單位點對OER的促進作用。 Iridium single atoms incorporated in Co3O4 efficiently catalyze the oxygen evolution in acidic conditions. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-35426-8. https://doi.org/10.1038/s41467-022-35426-8. 原創文章,作者:v-suan,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/d54435e7d5/ 催化 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 她,「國家優青」,博士畢業三年任985教授,聯手院士導師,新發Nature Chemistry! 2024年10月17日 郝建華&陳仙輝Nature Materials:大規模生長多層2D黑磷 2023年10月15日 于吉紅院士等,最新Science! 2023年10月14日 上硅所劉宇EEM:三功能金屬雙極性電極助力高壓水系鋅電池 2023年10月13日 電子科大向全軍AM: AQE達2.8%,雙功能雙單原子催化劑用于高效光催化CO2RR 2023年10月10日 Arumugam Manthiram最新EES: 揭示可充電電池中硫屬元素原位取代多硫化物的影響 2023年10月26日