Adv. Mater：用于水分解催化的铱基多孔纳米材料

【引言】

电化学水分解技术是一种可持续、环保并且低成本的能源再生技术，而Pt和Ir的纳米晶体材料则是促进析氢反应（CO）和析氧反应（OER）的最佳金属催化剂。然而，由于析氢反应和析氧反应动力学上不稳定，严重影响了催化剂内在的电催化活性。近日，有学者设计出了高催化性能的贵金属纳米催化剂，其拥有优异的催化效率和耐久性。

【成果简介】

近日，北京大学郭少军教授(通讯作者)团队在Adv. Mater上发布了一篇关于电催化剂的文章，题为“Iridium-Based Multimetallic Porous Hollow Nanocrystals for Efficient Overall-Water-Splitting Catalysis”。 作者通过Fe³⁺离子刻蚀铱(Ir)基多金属固体纳米晶体的方法，控制IrM (M = Co, Ni, CoNi) 多金属多孔中空纳米晶体（PHNC）的合成。此外，作者还通过第一原理计算揭示了合金化Ir与3d过渡金属诱导的配体效应。

【图片导读】

图1 IrCoNi PHNC材料的结构

(a) IrCoNi PHNC材料的形成过程示意图；

(b) 样品的TEM照片;

(c-d) 样品高分辨率TEM照片；

(e) 样品大角度环形暗场（HAADF）—STEM图像和对应的线剖面；

(f) IrCoNi PHNC材料相应的元素映射。

图2 IrCo和IrNi PHNC材料的结构特征

(a-b) 样品的TEM照片；

(c-f) 样品高分辨率TEM照片;

(g-h) 样品的HAADF—STEM图像和对应的线剖面；

(i-j) IrCo和IrNi相应的元素映射。

图3 IrCo, IrCoNi和IrNi PHNC材料的析氢析氧性能

(a) 极化曲线；

(b) 析氢反应的Tafel曲线;

(c) 析氢反应的超电势；

(d-e) 极化曲线和Tafel曲线；

(f) 析氧反应的标准化电流密度。

图4 析氧反应的DFT模拟

(a) IrCoNi模式下OH，O和OOH中间体的结构几何；

(b) OH，O和OOH活性与结合能的关系;

(c) Ir(黑色)和IrCoNi (红色)d波段的DOS；

(d) 析氧反应反应路径的示意图。

图5 IrCoNi PHNC材料的整体水分解性能

(a) IrCoNi / CFP析氢析氧反应的极化曲线；

(b) 样品以5mVs-1的扫描速率进行总体水分解的极化曲线;

(c) 样品10,500和1000次循环后的整体水分离极化曲线；

(d) 样品的电流密度损失。

【小结】

这篇文章介绍了使用Fe³⁺蚀刻IrM（M = Co，Ni）SNCs作为合成具有中空结构和多孔特征的一类IrCo，IrNi和IrCoNi PHNC材料的方法。DFT计算表明，合金Ir与3d过渡金属可以通过工程化d带中心来减弱氧基中间体的吸附，从而解释了过渡金属的析氧反应（OER）活性。

研究结果表明，IrCoNi PHNC材料在2mA•cm^-2的电流密度下显示仅1.56V的低电池电压，并且在1000次循环耐久性试验后仅显示8mV的偏振曲线偏移，从而在0.5m 的H₂SO₄溶液中表现出高效的催化性能。新型多金属PHNC材料作为高活性和耐用的双功能电催化剂具有良好的前景。

文献链接： Iridium-Based Multimetallic Porous Hollow Nanocrystals for Efficient Overall-Water-Splitting Catalysis (Adv. Mater, 30 October, 2017 , DOI: 10.1002/adma.201703798）

本文由材料人编辑部金属学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，这里汇集了各大高校硕博生、一线科研人员以及行业从业者，如果您对于跟踪材料领域科技进展，解读高水平文章或是评述行业有兴趣，点我加入编辑部大家庭。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及内容合作可加编辑微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我们会邀请各位老师加入专家群。

材料测试、数据分析，上测试谷！