​化学所/清华JACS：非常规双向压缩应变Ni-Ir界面，协同促进碱性氢氧化反应

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​化学所/清华JACS：非常规双向压缩应变Ni-Ir界面，协同促进碱性氢氧化反应
碱性氢氧化反应(HOR)涉及吸附的氢(Had)和羟基(OHad)物质的偶联，因此碱性HOR速率远低于酸性HOR(数量级)。根据Sabatier原理，开发对两种反应中间体具有适当结合能的电催化剂对于加速HOR至关重要，但实现该目标仍具有挑战性。近日，中科院化学研究所胡劲松和清华大学张亮等首次提出了一个非常规的双边压缩应变Ni-Ir界面(Ni-Ir(BCS))作为有效的协同HOR位点，以协调Had和OHad物种的吸附和活化。
​化学所/清华JACS：非常规双向压缩应变Ni-Ir界面，协同促进碱性氢氧化反应
​化学所/清华JACS：非常规双向压缩应变Ni-Ir界面，协同促进碱性氢氧化反应
密度泛函理论(DFT)计算表明，在较小的Ni晶格中，Ir晶格受到压缩，而较大的Ir晶格将周围的Ni原子推开，导致界面处发生双向压缩应变。在HOR过程中，Ir组分和Ni组分分别作为HOR的Had和OHad吸附位点，Ir的显著压缩应变和从Ni到Ir电子转移的配体效应将Ir中心的过强HBE减弱到中等水平。
同时，邻近Ni中心的压缩应变减弱了不利的OHBE(由配体效应引起)，促进了OHad物种的反应和解吸。此外，吉布斯自由能和动力学能垒计算表明，Had和OHad的协同减弱吸附显著优化了它们的耦合热力学和动力学。
​化学所/清华JACS：非常规双向压缩应变Ni-Ir界面，协同促进碱性氢氧化反应
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然后，通过在石墨烯负载的高密度Ni纳米晶的晶格中嵌入亚纳米级的Ir原子团簇成功构建了Ni-Ir(BCS)/G。亚纳米尺寸和表面组装形成了丰富的协同压应变位点，同时Ir团簇在非迁移性Ni纳米晶中的锚定稳定了异质界面。
结果表明，所构建的Ni-Ir (BCS)/G材料具有优异的HOR性能，其质量活性分别是工业Ir/C和Pt/C的7.95倍和2.88倍，并具有良好的长期耐久性和优异的CO耐受性。总的来说，该项工作详细阐述了HOR过程中涉及的协同吸附和多反应物活化，这为合理设计高效的HOR电催化剂提供了思路。
Unconventional Bilateral Compressive Strained Ni–Ir Interface Synergistically Accelerates Alkaline Hydrogen Oxidation. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c02487

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