Adv. Mater：用于水分解催化的銥基多孔納米材料

【引言】

電化學水分解技術是一種可持續、環保并且低成本的能源再生技術，而Pt和Ir的納米晶體材料則是促進析氫反應（CO）和析氧反應（OER）的最佳金屬催化劑。然而，由于析氫反應和析氧反應動力學上不穩定，嚴重影響了催化劑內在的電催化活性。近日，有學者設計出了高催化性能的貴金屬納米催化劑，其擁有優異的催化效率和耐久性。

【成果簡介】

近日，北京大學郭少軍教授(通訊作者)團隊在Adv. Mater上發布了一篇關于電催化劑的文章，題為“Iridium-Based Multimetallic Porous Hollow Nanocrystals for Efficient Overall-Water-Splitting Catalysis”。 作者通過Fe³⁺離子刻蝕銥(Ir)基多金屬固體納米晶體的方法，控制IrM (M = Co, Ni, CoNi) 多金屬多孔中空納米晶體（PHNC）的合成。此外，作者還通過第一原理計算揭示了合金化Ir與3d過渡金屬誘導的配體效應。

【圖片導讀】

圖1 IrCoNi PHNC材料的結構

(a) IrCoNi PHNC材料的形成過程示意圖；

(b) 樣品的TEM照片;

(c-d) 樣品高分辨率TEM照片；

(e) 樣品大角度環形暗場（HAADF）—STEM圖像和對應的線剖面；

(f) IrCoNi PHNC材料相應的元素映射。

圖2 IrCo和IrNi PHNC材料的結構特征

(a-b) 樣品的TEM照片；

(c-f) 樣品高分辨率TEM照片;

(g-h) 樣品的HAADF—STEM圖像和對應的線剖面；

(i-j) IrCo和IrNi相應的元素映射。

圖3 IrCo, IrCoNi和IrNi PHNC材料的析氫析氧性能

(a) 極化曲線；

(b) 析氫反應的Tafel曲線;

(c) 析氫反應的超電勢；

(d-e) 極化曲線和Tafel曲線；

(f) 析氧反應的標準化電流密度。

圖4 析氧反應的DFT模擬

(a) IrCoNi模式下OH，O和OOH中間體的結構幾何；

(b) OH，O和OOH活性與結合能的關系;

(c) Ir(黑色)和IrCoNi (紅色)d波段的DOS；

(d) 析氧反應反應路徑的示意圖。

圖5 IrCoNi PHNC材料的整體水分解性能

(a) IrCoNi / CFP析氫析氧反應的極化曲線；

(b) 樣品以5mVs-1的掃描速率進行總體水分解的極化曲線;

(c) 樣品10,500和1000次循環后的整體水分離極化曲線；

(d) 樣品的電流密度損失。

【小結】

這篇文章介紹了使用Fe³⁺蝕刻IrM（M = Co，Ni）SNCs作為合成具有中空結構和多孔特征的一類IrCo，IrNi和IrCoNi PHNC材料的方法。DFT計算表明，合金Ir與3d過渡金屬可以通過工程化d帶中心來減弱氧基中間體的吸附，從而解釋了過渡金屬的析氧反應（OER）活性。

研究結果表明，IrCoNi PHNC材料在2mA?cm^-2的電流密度下顯示僅1.56V的低電池電壓，并且在1000次循環耐久性試驗后僅顯示8mV的偏振曲線偏移，從而在0.5m 的H₂SO₄溶液中表現出高效的催化性能。新型多金屬PHNC材料作為高活性和耐用的雙功能電催化劑具有良好的前景。

文獻鏈接： Iridium-Based Multimetallic Porous Hollow Nanocrystals for Efficient Overall-Water-Splitting Catalysis (Adv. Mater, 30 October, 2017 , DOI: 10.1002/adma.201703798）

本文由材料人編輯部金屬學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

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