電催化水分解是一種很有前途的可持續(xù)制氫途徑，但陽極析氧反應(yīng)（OER）的高過電位給該工藝帶來了巨大的挑戰(zhàn)。其中，基于SrIrO3的鈣鈦礦型催化劑在酸性O(shè)ER中表現(xiàn)出很大的潛力，但其高活性的來源尚不清楚。
基于此，四川大學(xué)李高仁教授等人報道了一個共摻雜的SrIrO3體系，以提高OER的活性，并闡明催化活性的來源。共摻雜的SrIrO3在傳統(tǒng)電解槽和質(zhì)子交換膜（PEM）水電解槽中均表現(xiàn)出較高的OER電催化活性，明顯優(yōu)于商用IrO2催化劑。通過DFT計算，作者研究了共摻雜的SrIrO3體系催化性能提高的機理。計算得到的自由能圖顯示，所有模型的速率決定步驟都是*OOH的形成。無論是表面還是體相的Co摻雜，都不會改變IrO6八面體的配位結(jié)構(gòu)，只能在一定程度上增強OER的催化活性。其中，Co溶解后形成的表面不飽和IrOx的OER活性顯著提高，過電位降低了311-344 mV，表明Co可能不直接參與催化，而是通過位點溶解促進表面重構(gòu)，導(dǎo)致更多低配位IrOx活性位點快速暴露。此外，態(tài)密度（DOS）分析表明，Co摻雜顯著影響Co-O-Ir橋氧，使O 2p帶中心向費米能級移動。O 2p帶中心的移位極大地影響了催化劑的表面穩(wěn)定性，表明Co摻雜的主要作用是改變SrIrO3的表面穩(wěn)定性，促進表面重構(gòu)和IrOx活性位點的形成。同時，Co的摻雜和溶解顯著影響Ir 3d帶中心，其負(fù)移導(dǎo)致*OOH自由能降低，顯著增強了OER催化活性。結(jié)果表明，中等的O 2p帶中心和較低的Ir 3d帶中心對SrIrO3基催化劑的催化活性至關(guān)重要。The formation of unsaturated IrOx in SrIrO3 by cobalt-doping for acidic oxygen evolution reaction. Nat. Commun., 2024, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46801-y.
