Coordination modulation of iridium single-atom catalyst maximizing water oxidation activity

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作者
Zhijun Lei,Wangfeng Cai,Yifei Rao,Kuan Wang,Yongping Jiang,Yang Liu,Jinkai Xu,Jianming Li,Zhengxing Lv,Shuhong Jiao,Wenhua Zhang,Pengfei Yan,Shuo Zhang,Ruiguo Cao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:92
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27664-z
摘要

Abstract Single-atom catalysts (SACs) have attracted tremendous research interests in various energy-related fields because of their high activity, selectivity and 100% atom utilization. However, it is still a challenge to enhance the intrinsic and specific activity of SACs. Herein, we present an approach to fabricate a high surface distribution density of iridium (Ir) SAC on nickel-iron sulfide nanosheet arrays substrate (Ir 1 /NFS), which delivers a high water oxidation activity. The Ir 1 /NFS catalyst offers a low overpotential of ~170 mV at a current density of 10 mA cm −2 and a high turnover frequency of 9.85 s −1 at an overpotential of 300 mV in 1.0 M KOH solution. At the same time, the Ir 1 /NFS catalyst exhibits a high stability performance, reaching a lifespan up to 350 hours at a current density of 100 mA cm −2 . First-principles calculations reveal that the electronic structures of Ir atoms are significantly regulated by the sulfide substrate, endowing an energetically favorable reaction pathway. This work represents a promising strategy to fabricate high surface distribution density single-atom catalysts with high activity and durability for electrochemical water splitting.
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