Nature Communications：电催化科研成果

第一作者：Fan Liao, Kui Yin, Yujin Ji

通讯作者：邵琪

通讯单位：苏州大学化工与环境工程学院

DOI：10.1038/s41467-023-36833-1

研究背景

在酸性电解质中将水电解成清洁可再生的氢气，是缓解能源和环境保护问题的有效技术之一。近年来，用于析氧反应(OER)的有效电催化剂可以显著提高能量转换效率，降低电解水分裂的阳极能量消耗。其中，氧化铱（IrO₂）被认为是析氧反应最理想的催化剂之一，因其可承受恶劣的酸性条件。然而，根据早期文献报道，IrO₂催化剂因缺乏高本征活性，其析氧反应缓慢的动力学在很大程度上阻碍了水分解的效率。

研究内容

邵琪团队在这项工作中，创新性的首次制备出一种由单斜相分层IrO₂纳米带组成的金属氧化物，所制备的IrO₂纳米带空间群为C2/m（12）。IrO₂纳米带中的Ir-O配位多面体保持八面体构型，而八面体亚基的连接处呈边界共享模式。IrO₂纳米带的空间群是C2/m（12）与金红石型结构IrO₂（P4₂/mnm（136））完全不同。作者根据实验观察，确定了IrO₂纳米带的形成机理和其向IrO2纳米片的进一步转换。由于特定的相结构和纳米带形态，IrO₂纳米带在酸性电解质中表现出优异的析氧反应活性和稳定性。作者进一步通过理论计算解释了IrO2纳米带的高本征活性。

文章要点

1.创新性的制备了IrO₂纳米带，并通过XRD，HRTEM，HAADF-STEM，XANES光谱和 FT-EXAFS光谱等确认了IrO₂的表面形貌与晶格结构；

图1 IrO₂纳米带的形貌表征（a-b）与晶体结构表征（c-k）

图2 IrO₂纳米带的晶体结构演变过程分析

2.进一步确认了IrO₂纳米带在酸性条件下的析氧反应活性与析氧反应稳定性

图3 IrO₂纳米带、IrO₂纳米片和金红石型结构IrO₂在0.5 M H₂SO₄中的析氧反应活性比较

3.通过密度泛函理论计算，为IrO₂纳米带的析氧反应活性提供了理论依据

图4 IrO₂纳米带和金红石型结构IrO₂的析氧反应活性理论分析

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