一、蘇州【導(dǎo)讀】
? 在酸性電解質(zhì)中將水電解成清潔和可再生的大學(xué)單斜的氧電催氫氣是緩解能源和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的有效技術(shù)之一。陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)的亞氧材高效電催化劑顯著地提高了能量轉(zhuǎn)換效率,因?yàn)殡娊馑纸獾姆€(wěn)態(tài)大部分能量消耗發(fā)生在陽(yáng)極。氧化銥(IrO2)被認(rèn)為是化銥化析最先進(jìn)的OER催化劑,可以承受苛刻的納米酸性條件。然而,高效先前報(bào)道的料牛IrO2催化劑對(duì)緩慢的OER動(dòng)力學(xué)缺乏較高的本征活性。研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)建亞穩(wěn)態(tài)納米結(jié)構(gòu)是蘇州一種很有前途的追求卓越催化性能的方法。金紅石相IrO2的大學(xué)單斜的氧電催本征活性與[Ir-O6]單元連接結(jié)構(gòu)以及晶格畸變密切相關(guān)。因此,亞氧材合理設(shè)計(jì)具有不同單元連接的穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)納米結(jié)構(gòu)IrO2或許是提高OER本征活性的關(guān)鍵之一。
二、化銥化析【成果掠影】
? 近日,納米蘇州大學(xué)邵琪團(tuán)隊(duì)等人成功獲得空間群為C2/m的高效單斜相氧化銥納米帶,這與具有穩(wěn)定四方相(P42/mnm)的金紅石氧化銥不同。在酸性條件下表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于四方相IrO2的OER活性。文章以“Iridium oxide nanoribbons with metastable monoclinic phase for highly efficient electrocatalytic oxygen evolution”為題發(fā)表在Nature Communications上。
三、【核心創(chuàng)新點(diǎn)】
1、作者利用熔融堿機(jī)械化學(xué)方法,成功通過(guò)從單斜相K0.25IrO2(2/m(12))前驅(qū)體中合成出具有空間群為C2/m的單斜相氧化銥納米帶。
2、密度泛函理論計(jì)算表明,IrO2納米帶在酸性條件下作為電催化劑用于OER時(shí),由于Ir在這種特殊的單斜相結(jié)構(gòu)中較低的d帶中心,IrO2納米帶的本征催化活性遠(yuǎn)高于四方相IrO2。
四、【數(shù)據(jù)概覽】
圖1IrO2?NR 的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。(a)顯示 IrO2NR 均勻分布的 SEM圖像。(b)單個(gè) IrO2?NR 的 TEM 圖像。(c)?XRD 圖。(d)?HRTEM 圖像。(e)由 (100) 和 (010) 平面的 HRTEM線掃描圖。(f?)IrO2?NR 的 HAADF–STEM 圖像。(g)IrO2?NR、C- IrO2和 Ir的XANES光譜和(h) FT-EXAFS光譜。(i)典型的長(zhǎng) IrO2?NR。(j、k)從 a方向和c方向觀察 IrO2?NR的晶體結(jié)構(gòu)圖。?2023 The Author(s)
圖2 IrO2?NR 的結(jié)構(gòu)演變。(a、b)由IrCl3和KOH原料制成K0.25IrO2。(c、d)從 K0.25IrO2到 IrO2?NR。紫色、藍(lán)色、黃色、綠色和粉紅色的球分別代表 K、Ir、O、Cl 和 H 元素。?2023 The Author(s)
圖3IrO2?NR、IrO2?NS、C-IrO2和 C-Ir/C在0.5 M H2SO4中的 OER 活性。(a?) IrO2?NR、IrO2?NS、C-IrO2和 C-Ir/C樣品的 LSV 曲線。(b)基于BET 面積和 ECSA 面積的質(zhì)量活度和比活度。(c)?IrO2?NR、IrO2?NS、C-IrO2和 C-Ir/C樣品在10 mA cm?–2下的計(jì)時(shí)電位曲線。?2023 The Author(s)
圖4IrO2?NR的OER理論分析。(a)在理論計(jì)算過(guò)程中,IrO2NR的晶體結(jié)構(gòu)具有(001)面的暴露邊緣。OER在(?b?)金紅石 IrO2?(110)和(?c?) IrO2?NR (100)樣品上的反應(yīng)機(jī)制。(d)對(duì)應(yīng)的 4e-自由能演化的熱力學(xué)圖。(e)比較金紅石IrO2?和 IrO2?NR樣品中 Ir 原子的d軌道分布。藍(lán)色、黃色和粉紅色的球分別代表Ir、O和H元素。?2023 The Author(s)
五、【成果啟示】
? 綜上所述,作者通過(guò)強(qiáng)堿輔助機(jī)械熱工藝技術(shù)成功合成出一種具有納米帶形態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)IrO2。這項(xiàng)研究再次說(shuō)明納米片形態(tài)的二維層狀結(jié)構(gòu)在催化領(lǐng)域的優(yōu)異性。納米帶和分層結(jié)構(gòu)的結(jié)合可能會(huì)對(duì)未來(lái)的應(yīng)用產(chǎn)生重大影響。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和制造技術(shù),這種組合可能會(huì)在散裝材料中產(chǎn)生不存在的異常相,從而為電催化能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)產(chǎn)生新的活性位點(diǎn)。隨著表面科學(xué)、納米科學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展,以及理論研究的進(jìn)步,明確的金屬氧化物帶狀納米結(jié)構(gòu)將為下一代固體催化劑的設(shè)計(jì)鋪平道路。同時(shí)這項(xiàng)研究也為深入理解構(gòu)效關(guān)系提供新的依據(jù)。
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原文詳情:https://doi.org/10.1038/s41467-023-36833-1
本文由K . L撰稿。