析氧反應(yīng)(OER)在水分解、CO2還原和可充電金屬-空氣電池等許多電化學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，OER受到動(dòng)力學(xué)緩慢和大過電位的影響，導(dǎo)致各種能源系統(tǒng)的效率低下。將貴金屬與非貴金屬結(jié)合是平衡電催化劑活性和成本的一種有效的策略，但目前仍然缺乏選擇合適的非貴金屬的指導(dǎo)原則。
近日，香港理工大學(xué)倪萌和Jie Yu等對(duì)Ir@Co3O4電催化劑的析氧反應(yīng)(OER)進(jìn)行了深入的機(jī)理研究，以深入了解Ir和Co3O4在增強(qiáng)OER方面的協(xié)同作用。
錨定在Co3O4上的高度分散的Ir物種(Ir@Co3O4)由于其良好的活性和穩(wěn)定性而被用作模型催化劑。Ir@Co3O4具有強(qiáng)的界面電子耦合、高效的界面電荷轉(zhuǎn)移以及貴金屬的高利用率，其在10 mA cm-2電流密度和1.4 wt%的低Ir負(fù)載下顯示出280 mV的低OER過電位。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算證明了Co3O4由于贗電容特性導(dǎo)致大量電荷積累，而其高本征動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致Ir位點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)高反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。
這兩種特性的協(xié)同作用提供了高OER性能，并使Ir@Co3O4作為高性能OER催化劑的潛在應(yīng)用成為可能。具體而言，將Ir@Co3O4應(yīng)用于ZAB，在40 mA cm-2下實(shí)現(xiàn)了2.04 V的低充電電壓，并且在20 mA cm-2下可以穩(wěn)定運(yùn)行210 h。該工作揭示了貴金屬和非貴金屬在OER電催化過程中的不同作用以及協(xié)同作用機(jī)制，突出了贗電容性質(zhì)在選擇合適的非貴金屬載體中的意義，為未來電催化劑的發(fā)展提供指導(dǎo)。
Bridging the Charge Accumulation and High Reaction Order for High-Rate Oxygen Evolution and Long Stable Zn-Air Batteries. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111989
