​北化工宋宇飞ACS Catalysis：NiFe-LDH负载单原子高效电催化整体水分解

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​北化工宋宇飞ACS Catalysis：NiFe-LDH负载单原子高效电催化整体水分解
电催化整体水分解是一种很有前途的制氢方法，在原子水平上合理设计催化剂对于降低析氢和析氧反应（HER/OER）中的能量势垒至关重要。基于此，北京化工大学宋宇飞教授等人报道了NiFe-LDH负载的NiIr单原子（NiIrSAA-NiFe-LDH）和NiFe-LDH负载的Ir单原子（IrSAC-NiFe-LDH）用于整体水分解。
在电流密度为10 mA cm-2时，所制备的NiIrSAA-NiFe-LDH在HER和OER中过电位分别为28.5 mV和194 mV。此外，由NiIrSAA-NiFe-LDH和IrSAC-NiFe-LDH组装的电解槽在10 mA cm-2下具有1.49 V的低电池电压，在200 mA cm-2下整体水分解具有超过120 h的长期稳定性，估计每千克H2的成本为1.12美元。
​北化工宋宇飞ACS Catalysis：NiFe-LDH负载单原子高效电催化整体水分解
通过DFT计算发现，对于NiIrSAA-NiFe-LDH，元素Ir表现出局部电子积累（-0.15 e），元素Ni表现出局部电子耗尽（0.15 e），表明NiIrSAA中的电子从Ni转移到Ir，而IrSAC-NiFe-LDH的Ir（1.34 e）和Ir相邻的Ni（0.89 e）都失去了电子，并且电子倾向于在O原子周围积聚，表明电子从Ir和Ir相邻的Ni转移到氧。
从HER中的Tafel斜率可以看出，2H*→2* + H2是决定速率的步骤，作者计算了H吸附的自由能（ΔGH*）。对于NiIrSAA-NiFe-LDH，计算出Ir上的H*吸附ΔG值为-1.52 eV，高于Ni上的H*吸附ΔG值（-0.17 eV）。因此，NiIrSAA的Ni位点被认为是HER中的活性位点。
​北化工宋宇飞ACS Catalysis：NiFe-LDH负载单原子高效电催化整体水分解
此外，作者计算出IrSAC-NiFeLDH最可能的吸附位点为Ir附近的Ni位点，吸附能最低为-1.367 eV，NiIrSAA-NiFe-LDH的最佳吸附位点为Ir附近的NiIrSAA的Ni位点。对于IrSAC-NiFe-LDH和NiIrSAA-NiFe-LDH，OER过程倾向于在Ni位点进行，其中*OH中间体首先被吸附，然后依次演化为*O、*OOH和O2。
计算结果表明，IrSAC-NiFe-LDH和NiIrSAA-NiFe-LDH的RDS都是氧的形成，而NiFe-LDH的RDS是O*向OOH*的转化。IrSAC-NiFe-LDH、NiIrSAA-NiFe-LDH和NiFe-LDH对应的RDS值分别为0.57、0.91和1.45 eV，表明IrSAC-NiFe-LDH的能垒最低。结果表明，单原子价态Ir诱导的电荷重分配成功调节了RDS的中间吸附能，促进了OER反应动力学。
​北化工宋宇飞ACS Catalysis：NiFe-LDH负载单原子高效电催化整体水分解
Atomic Modulation of Single Dispersed Ir Species on Self-Supported NiFe Layered Double Hydroxides for Efficient Electrocatalytic Overall Water Splitting. ACS Catal., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.3c02628.

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