電催化水分解被認(rèn)為是一種生產(chǎn)高純度氫的有前景的策略，但仍存在析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)動(dòng)力學(xué)緩慢的問題。Pt/C和IrO2/RuO2分別是HER和OER的基準(zhǔn)電催化劑，然而它們的低儲(chǔ)量和高價(jià)格嚴(yán)重限制了其在水電解中的大規(guī)模應(yīng)用。
因此，開發(fā)廉價(jià)且高效的雙功能電催化劑進(jìn)行整體水分解，特別是在各種pH條件下運(yùn)行良好的電催化劑，具有重要的技術(shù)和工業(yè)意義。近日，中山大學(xué)李光琴課題組通過將Ir納米粒子加入到Ni-NDC(NDC：2,6-萘二羧基)中，成功制備了一種高效的MOF基電催化劑((Ir@Ni-NDC))。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ni-NDC納米片作為催化劑載體，不僅可以有效地防止Ir納米顆粒的團(tuán)聚，而且還可以保證界面Ni?O?Ir鍵的形成，從而提高了HER和OER的電化學(xué)性能。具體而言，在1.0 M KOH、0.5 M H2SO4和1.0 M PBS中，所制備的Ir@Ni-NDC在10 mA cm?2電流密度下的HER和OER過電位分別為19、41、31 mV和210、219、296 mV。此外，利用Ir@Ni-NDC作為陰極和陽極組裝的雙電極電解槽，分別在堿性、酸性和中性介質(zhì)中只需要1.46、1.54和1.59 V的低電壓就能達(dá)到10 mA cm?2的電流密度，顯示出巨大的實(shí)際應(yīng)用潛力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Ir@Ni-NDC由三層Ir原子和一個(gè)由Ni?O?Ir鍵連接的夾層狀Ni-NDC組成。在Ni?O?Ir界面上可以清楚地觀察到電荷的再分布：在O周圍有明顯的電子積累，而在Ir周圍有電子耗盡，表明Ir與Ni-NDC的相互作用強(qiáng)烈。通過構(gòu)建Ni?O?Ir鍵，可以有效地調(diào)節(jié)Ir@Ni-NDC催化劑的電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了H2O、OH*和H*中間體的吸附，從而提高了HER和OER的性能，并進(jìn)一步提高了整體水分解活性。綜上，該項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)和構(gòu)建MOF基電催化劑以實(shí)現(xiàn)在pH通用條件下水電解高效產(chǎn)氫提供了一種有效策略。Ir Nanoparticles Anchored on Metal-Organic Frameworks for Efficient Overall Water Splitting under pH-Universal Conditions. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202302220
