作者:邢巍等 来源:《化学》 发布时间:2023/7/6 9:15:42
选择字号:
反向掺杂策略实现高效酸性析氧

 

2023年7月5日,中国科学院长春应用化学研究所邢巍研究员团队在Chem期刊上发表了一篇题为“Inverse doping IrOx/Ti with weakened Ir-O interaction toward stable and efficient acidic oxygen evolution”的文章。

该研究报道了一种反向掺杂的IrOx/Ti模型催化剂,通过该策略,仅少量的Ti掺杂可形成大量的Ir-O-Ti局域结构,极大地促进OER的活性和稳定性。该工作为原子级界面的构筑和提升位点活性与稳定性提供了一种新思路。

论文通讯作者是邢巍、葛君杰、王颖;第一作者是王意波。

质子交换膜水电解(PEMWE)技术耦合可再生能源技术为绿氢的廉价生产提供了一种理想的解决方案。缓慢的酸性氧析出反应(OER)是阻碍PEMWE商业化的主要障碍之一。目前,仅铱基催化剂可以兼具适宜的活性和稳定性,但是Ir高昂的成本和较低的自然丰度要求人们必须采取合适的策略开发高活性、更加经济高效且耐用的电催化剂以提高Ir的本征催化活性和利用率。将第二金属引入IrOx中不仅能够减少贵金属Ir的使用,而且能够有效提高其活性。其中Ir-Ti体系已经得到了广泛的研究。然而,研究者对于IrOx和TiO2之间的界面(Ir-O-Ti)对OER的促进效果在原子级尺度上仍不明确。此外,研究发现,当Ti掺杂量小于20%时,Ir-Ti复合氧化物能保持良好的电导率,这启发课题组构建反向掺杂IrOx/Ti催化剂。

在这项工作中,邢巍团队基于反向掺杂的催化剂设计思路,通过原子级的Ti掺入IrOx/Ir表面,在其2 nm的表层形成Ir-O-Ti局域结构。仅1.92 wt%的Ti掺杂可使Ir位点活性提高3.6倍,并且稳定数提高一个数量级。这种优异的稳定性归因于大量的Ir-O-Ti局域结构。多种表征和DFT计算表明,在这种局域结构中,Ti位点通过桥O对邻近的Ir位点产生给电子作用,削弱了Ir-O相互作用,促进了Ir位点的吸附析出机理,因而增强活性;同时Ti通过抑制Ir物种的过度氧化和晶格氧机理(LOM)的发生减少了Ir的溶解,因而催化剂具有优异的稳定性。

图1:形貌和结构表征。

02.png

图2:OER性能。

图3:Ir-O-Ti的促进机制。

图4:DFT计算。

研究结果表明,该工作为原子级界面的构筑和提升位点活性与稳定性提供了一种新思路。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.05.044

 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
冰表面长啥样?原子级分辨图像揭晓答案 北方中纬高频雷达网发布首批科学探测结果
“双星计划”:开启中国空间科学新纪元 河西走廊内陆河出山径流研究揭示新趋势
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文