基于Ir的纳米片的自组装与有序的层间空间,用于增强电催化水氧化

科学领域:

• 材料科学
• 电化学
• 催化剂

背景情况:

• 基于 (Ir) 的电催化剂对于酸氧演化反应 (OER) 至关重要.
• 提高基于Ir的催化剂活性受到识别活性物种和优化材料架构的挑战的阻碍.
• 开发高效的电催化剂对于水分化等能源转化技术至关重要.

研究的目的:

• 合成超薄的Ir-IrO/C纳米片,以有序的间层空间,以提高酸性OER性能.
• 研究纳米自组合在创建先进的电催化剂架构中的作用.
• 确定主要活跃物种并了解它们对增强开放式资源活动的贡献.

主要方法:

• 纳米封闭自组装策略使用块共聚物微粒形成状结构.
• 具有控制层间距离 (∼20 nm) 和纳米粒子分布 (∼2 nm) 的超薄Ir-IrO/C纳米片的合成.
• 在酸性介质中OER性能的电化学表征,包括超电位测量.

主要成果:

• 合成的Ir-IrO/C纳米片表现出优异的OER活性,其超电位 (η) 为198mV,在10mA cm−2时.
• 催化剂表现出混合价值状态的特征,丰富的电友氧物种 (O^{(II-δ) -}),以及有利的中孔结构.
• 实验和计算研究证实,混合价值和O^{(II-δ) -}部分具有缩短的Ir-O^{(II-δ) -}键 (1.91 Å) 是增强OER的活性物种.

结论:

• 纳米封闭自组装策略有效地产生具有增强OER活性的2D有序半孔Ir-IrO/C电催化剂.
• 已识别的活性物种 (混合价值和O^{(II-δ) -}) 和有利的纳米结构是平衡中间吸附以有效氧化水的关键.
• 这种方法为设计用于氧化水和其他电化学应用的高性能二维半孔电催化剂提供了途径.