鲁启鹏/王安良/夏静AFM：构建非常规面心正交相IrIn2金属间化合物，用于高效电催化水分解

电催化水分解技术可以生产清洁、可再生的氢气，具有解决能源危机的潜力。电催化分解水的效率主要取决于电催化剂对两个半反应的活性，即阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)。其中，Ir基材料对HER和OER均表现出优异的活性。然而，Ir是一种极其稀有的贵金属，这限制了它在工业上的大规模应用。

另外，Ir基材料在电化学反应过程中容易受到电解液的腐蚀，导致使用寿命缩短。有研究表明，Ir与杂原子的合金化可以优化催化剂的电子结构，减少Ir的用量。同时，与固溶体合金相比，Ir基金属间化合物(IMCs)具有有序和强的Ir-杂原子键，表现出优异的催化活性和稳定性。因此，通过调控Ir基金属间化合物的晶体结构，有望以最少的Ir用量进一步优化催化活性中心的构型。

基于此，北京科技大学鲁启鹏、山东大学王安良和中国科学院理化技术研究所夏静等通过高温退火法制备了具有锚定在碳上的面心正交(fco)结构的低Ir含量IrIn₂/C，并将其用于高效催化全水分解。

实验结果表明，在0.5 M H₂SO₄和1.0 M KOH溶液中，利用IrIn₂/C催化剂组装的水电解槽分别仅需1.51 V和1.53 V的电池电压就能达到10 mA cm⁻²的电流密度，优于最优先进的Pt/C||IrO₂水电解槽(1.63 V和1.60 V)。更重要的是，在0.5 M H₂SO₄溶液中，IrIn₂/C连续电解55小时而没有发生明显的性能和结构降解，表明其具有优异的稳定性。

基于电化学测试结果和密度泛函理论(DFT)计算，IrIn₂/C的电催化活性和稳定性的提高可归因于以下原因: 1.IrIn₂/C具有有序和较强的Ir-杂原子键，Ir和In之间电负性的显著差异导致强烈的主客体电子相互作用，在Ir原子周围创建富电子环境，从而提高催化性能；2.在fco晶体结构中，Ir原子与8个In原子错综复杂地结合在一起，导致Ir原子的孤立，这不仅最大化了原子利用效率，而且暴露了更多的活动位点；3.构型固定的IrIn₂/C金属间化合物有助于在催化过程中稳定活性位点的局部配位环境，维持稳定的界面结构，有助于提高稳定性；4.与金属Ir相比，IrIn₂的d带中心上移，增强了与中间体的吸附，降低了HER和OER反应能垒。

综上，该项工作所提到的结构有序金属间化合物的制备策略为今后设计高活性、高稳定性的电解水催化剂提供了参考。

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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