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?魯啟鵬/王安良/夏靜AFM：構建非常規面心正交相IrIn2金屬間化合物，用于高效電催化水分解

電催化水分解技術可以生產清潔、可再生的氫氣，具有解決能源危機的潛力。電催化分解水的效率主要取決于電催化劑對兩個半反應的活性，即陰極析氫反應(HER)和陽極析氧反應(OER)。其中，Ir基材料對HER和OER均表現出優異的活性。然而，Ir是一種極其稀有的貴金屬，這限制了它在工業上的大規模應用。

另外，Ir基材料在電化學反應過程中容易受到電解液的腐蝕，導致使用壽命縮短。有研究表明，Ir與雜原子的合金化可以優化催化劑的電子結構，減少Ir的用量。同時，與固溶體合金相比，Ir基金屬間化合物(IMCs)具有有序和強的Ir-雜原子鍵，表現出優異的催化活性和穩定性。因此，通過調控Ir基金屬間化合物的晶體結構，有望以最少的Ir用量進一步優化催化活性中心的構型。

基于此，北京科技大學魯啟鵬、山東大學王安良和中國科學院理化技術研究所夏靜等通過高溫退火法制備了具有錨定在碳上的面心正交(fco)結構的低Ir含量IrIn₂/C，并將其用于高效催化全水分解。

實驗結果表明，在0.5 M H₂SO₄和1.0 M KOH溶液中，利用IrIn₂/C催化劑組裝的水電解槽分別僅需1.51 V和1.53 V的電池電壓就能達到10 mA cm^?2的電流密度，優于最優先進的Pt/C||IrO₂水電解槽(1.63 V和1.60 V)。更重要的是，在0.5 M H₂SO₄溶液中，IrIn₂/C連續電解55小時而沒有發生明顯的性能和結構降解，表明其具有優異的穩定性。

基于電化學測試結果和密度泛函理論(DFT)計算，IrIn₂/C的電催化活性和穩定性的提高可歸因于以下原因: 1.IrIn₂/C具有有序和較強的Ir-雜原子鍵，Ir和In之間電負性的顯著差異導致強烈的主客體電子相互作用，在Ir原子周圍創建富電子環境，從而提高催化性能；2.在fco晶體結構中，Ir原子與8個In原子錯綜復雜地結合在一起，導致Ir原子的孤立，這不僅最大化了原子利用效率，而且暴露了更多的活動位點；3.構型固定的IrIn₂/C金屬間化合物有助于在催化過程中穩定活性位點的局部配位環境，維持穩定的界面結構，有助于提高穩定性；4.與金屬Ir相比，IrIn₂的d帶中心上移，增強了與中間體的吸附，降低了HER和OER反應能壘。

綜上，該項工作所提到的結構有序金屬間化合物的制備策略為今后設計高活性、高穩定性的電解水催化劑提供了參考。

Low-Iridium-content IrIn2 intermetallics with an unconventional face-centered orthorhombic phase for efficient overall water splitting. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202311683

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