鲁启鹏/王安良/夏静AFM：IrIn2合金化，实现高效水分解电催化剂的有序设计

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鲁启鹏/王安良/夏静AFM：IrIn2合金化，实现高效水分解电催化剂的有序设计
铱（Iridium，Ir）作为一种高效的全水分解催化剂，因其价格高昂、稳定性差，限制了其大规模商业应用。基于此，北京科技大学鲁启鹏教授、山东大学王安良教授及中科院理化所夏静高级工程师等人通过高温退火还原法合成了Ir原子占比仅为33%的具有非传统面心正交晶体结构的Ir基金属间化合物（IMCs）。该催化剂在减小Ir用量的同时，在酸性环境电压1.51 V时全水解可达到10 mA·cm−2，且表现出高稳定性，在55小时以上的测试中性能没有明显降低。
鲁启鹏/王安良/夏静AFM：IrIn2合金化，实现高效水分解电催化剂的有序设计
VASP解读
通过DFT计算态密度（DOS）、d带中心、HER和ORR反应步骤的吉布斯自由能ΔG以及差分电荷和bader电荷以探索IrIn2 IMCs的催化活性与电子结构之间的关系。
本文计算IrIn2和Ir的DOS和d带中心：其电子结构在费米能级（Ef）附近是连续的，表明了IrIn2和Ir的金属特性。IrIn2的d带中心（-1.57 eV）较Ir（-2.27 eV）相比更接近Ef，上移的d带中心可以增强Ir位点与吸附中间体的结合强度，从而提高催化活性；
对于HER反应：在酸性溶液中，与fcc Ir（111），fcc Pt（111）和bct In（111）相比，fco IrIn2（008）和fco IrIn2（111）的ΔGH*值接近零，更接近理想的HER催化剂，证实了IrIn2具有高的电催化活性；在碱性溶液中，IrIn2催化剂上的水解能垒（ΔGB）和IrIn2催化剂上的ΔGH*低于fcc Ir和fcc Pt。因此，IrIn2催化剂在1.0 M KOH中表现出低的过电位和高活性。
对于OER的机理：OER的电势控制步（PDS）是*O + H2O → *OOH + H+ + e−。如在酸性OER中，IrIn2（008）（1.67 eV）和（111）（1.73 eV）的ΔG低于Ir（111）（1.82 eV）和In（111）（2.09 eV），表明与In的合金化有效降低了OER的能垒。在碱性环境下，IrIn2的PDS的ΔG也是最低的。
此外，差分电荷和Bader电荷的计算结果也有力证明了IrIn2催化剂中Ir位点和*O和*OOH中间体存在更强的电子转移有利于提高电催化OER性能。计算结果与上述讨论的实验结果一致。结构有序IMCs的制备为未来设计具有高活性和稳定性的水分解电催化剂提供了重要启示。
鲁启鹏/王安良/夏静AFM：IrIn2合金化，实现高效水分解电催化剂的有序设计
Low-Iridium-Content IrIn2 Intermetallics with an Unconventional Face-Centered Orthorhombic Phase for Efficient Overall Water Splitting. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI:  10.1002/adfm.202311683.

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