中科大Nano Energy: 边缘共享金属氧八面体的快速变化促进酸性水氧化

由于催化剂在酸性条件下活性位点很容易溶解，探索在酸性电解质中用于水氧化的高度耐用和高活性的电催化剂仍然是一个巨大的挑战。在酸性析氧反应(OER)过程中保持活性位点的配位结构以抵抗局部活性位点溶解在理论上是可行的，但目前很少有文献报道。

基于此，中国科学技术大学刘庆华、王超和苏徽等首次设计了一种具有体心立方结构的铱基氧化物Cr-SrIrO₃(BCC-Cr-SrIrO₃)，作为出色的低Ir催化剂用于在酸性介质中有效催化OER。

在该项工作中，保证催化剂稳定性的关键是Ir和Cr共享八面体位点，部分八面体像金红石IrO₂和CrO₂一样共享边缘。酸性OER测试结果显示，设计的BCC-Cr-SrIrO₃电催化剂在10 mA cm^-2电流密度下的过电位仅为217 mV，并且在1.53 V vs. RHE下的质量活性为417.6 A g_Ir^-1；在0.1 M HClO₄溶液中，BCC-Cr-SrIrO₃在10 mA cm^-2下表现出优异的电化学耐久性，具有7×10⁵的大稳定数，优于大多数所报道的基于Ir的电催化剂。

结合原位X射线吸收精细结构(XAFS)光谱和准原位X射线光电子能谱(XPS)，研究人员系统地揭示了BCC-Cr-SrIrO₃中表面活性层纳米结构的变化：在反应过程中，双金属八面体的电子协同耦合作用加速了BCC-Cr-SrIrO₃中Sr的浸出，表面快速形成高活性的CrIrO_x非晶层，其中包含大量边缘共享的CrO_x和IrO_x八面体；最重要的是，Cr的掺杂调整了Ir原子的电子结构，有助于在OER过程中保持Ir原子的配位结构，显著抑制Ir原子的溶解，从而获得优异的酸性OER活性和稳定性。

Quick Evolution of Edge-Shared Metal-Oxygen Octahedrons for Boosting Acidic Water Oxidation. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107680