IrO2是酸性析氧反应(OER)的基准催化剂，但其成本高、地球丰度低阻碍了其大规模应用。本文采用离子交换热解法在CoO纳米片上合成了具有强电子相互作用的表面分离的IrCo纳米颗粒。所得的IrCo-CoO异质结构含有4.73 wt %的超低Ir含量，在酸性OER中表现出优异的性能。该催化剂在电流密度为10 mA cm-2时具有270 mV的过电位，稳定性好，仅在连续使用140 h后才出现明显的活性衰减。这些结果超过了大多数报道的基于Ir的电催化剂。其中，在过电位为300 mV时，IrCo-CoO催化剂的质量活性达到124.52 mA mgIr-1，是商用IrO2的20倍。此外，我们利用IrCo-CoO异质结构作为阳极和阴极构建了一个自制的全水解电池，在1.51 V电压下实现了10 mA cm - 2的电流密度。我们的发现提出了一种设计高效催化剂的有前途的策略，可以显著减少贵金属的负载。
(a) IrCo-CoO电催化剂的合成过程。(b-d) ZIF- 67、Ir-Co(OH)2和IrCo-CoO的SEM图像。(e)纯CoO和IrCo-CoO的XRD谱图。(f) IrCo-CoO的TEM图，(g) HRTEM图，(h) EDS元素图。
(a) 全谱图， (b) IrCo- CoO的Ir 4f (c) Co 2p和(d) IrCo- CoO的O 1s的高分辨率XPS光谱及参考。
OER在0.5 M H2SO4中的电化学性能。(a) LSV曲线。(b)塔菲尔。(c) IrCo-CoO、纯CoO和Com.IrO2质量活性和过电位。(d) Nyquist图和(e) IrCo-CoO和参考的Cdl值。(f)比较了在10 mA cm−2下的过电位和IrCo-CoO与已报道的Ir基电催化剂在0.5 M H2SO4中OER的稳定性。(g) IrCo-CoO、纯CoO和Com.IrO210mAcm-2的时间电位测定结果。
HER在0.5 M H2SO4中的电化学性能。(a) IrCo-CoO、纯CoO和Pt/C的LSV曲线和(b)Tafel图。(c)在0.5 M H2SO4中，IrCo-CoO与已报道的Ir基HER电催化剂在10 mA cm−2下的过电位和Tafel斜率的比较。(d)两电极水分解体系中IrCo-CoO和Pt/C-IrO2的极化曲线。(e)在10 mA cm-2下，IrCo-CoO和Pt/C-IrO2的计时电位测量结果。(f) IrCo-CoO驱动电流密度为10 mV cm-2的电池电压与先前报道的Ir基电催化剂的比较。
综上所述，我们采用简单的离子交换水解方法，在CoO纳米片上系统地合成了表面分离的IrCo纳米颗粒的IrCo-CoO催化剂。得到的IrCo-CoO异质结构的Ir含量为4.73 wt %，在10 mA cm-2下的过电位为270 mV，具有优异的酸性OER性能，并且在140 h内活性衰减明显，稳定性强。IrCo-CoO的显著电催化性能主要是由于IrCo和CoO之间的强电子耦合。特别是，在过电位为300 mV时，与OER的商用IrO2相比，IrCo-CoO的Ir质量活性增加了20倍。更重要的是，在1.51 V的低电池电压下，IrCo-CoO表现出了优异的酸性全水解电催化性能，电流密度达到10 mA cm-2，并且在120 h以上具有出色的长期稳定性。本工作通过对衬底的推理，证明了采用超低贵金属含量来提高Ir基电催化剂的OER和整体水分解性能的可行性。
Surface‐Segregated IrCo Nanoparticles on CoO Nanosheets with Ultralow Ir Loading for Efficient Acidic Water Splitting - Zaman - ChemCatChem - Wiley Online Library
https://doi.org/10.1002/cctc.202400795
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