苏州大学邵琪Nature子刊:IrO2NRs实现高效电催化OER

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具有带状形态的亚稳态金属氧化物在能量转换催化方面具有广阔的应用前景,但它们在很大程度上受到其有限的合成方法的限制。


基于此,苏州大学邵琪副研究员(通讯作者)等人报道了一种空间基团为C2/m的单斜相氧化铱纳米带(IrO2NRs),空间群为C2/m(12),不同于具有稳定四方相(P42/mnm)的金红石型氧化铱(IrO2)。
IrO2NRs中的Ir-O配位多面体保持八面体构型,而八面体亚基的连接处于边共享模式。一种熔融碱机械化学方法提供了一种独特的策略,通过从单斜相K0.25IrO2(I2/m(12))前驱体转化来实现这种层状纳米带结构。
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通过DFT计算,作者研究了IrO2NR上的OER过程。一系列理论计算表明,(100)表面是IrO2NR的主要OER活性位点,而常规金红石型IrO2的OER活性位点位于(110)表面。在DFT计算中,活性Ir原子被暴露出来。IrO2NR的边-边共享模式,而不是金红石型IrO2的边-角共享模式,有助于削弱OER中间体的吸附。
此外,金红石型IrO2(110)表面的电位决定步(PDS)发生在O-OH耦合过程中,即*O + H2O→*OOH + H+ + e-,其最大自由能势垒为1.89 eV,而IrO2NR形成O2的电位决定步(*OOH→* + O2 + H+ + e-)的能量变化为1.57 eV。
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此外,IrO2NR的理论过电位(η)为0.34 V,低于金红石IrO2(110)的理论过电位(0.66 V)。在OER循环过程中,IrO2NR暴露的Ir原子比金红石型IrO2的d能带中心低(或O 2p能带中心高),有助于OER中间体的弱吸附,自调节“四-电子”OER过程,使其具有低过电位的平衡自由能。在本体系中,IrO2NR具有低d带中心,可能是其高OER活性的主要原因。
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Iridium oxide nanoribbons with metastable monoclinic phase for highly efficient electrocatalytic oxygen evolution. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36833-1.
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36833-1.




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