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K_0.25IrO₂(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K_0.25IrO₂。(c、d)從 K_0.25IrO₂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。