Atomic Samarium Doping Reinforces Ir/IrO 2 Heterointerface for Efficient Acidic Overall Water Splitting

分解水 材料科学 催化作用 钐 兴奋剂 析氧 镧系元素 电解水 化学物理 密度泛函理论 吸附 无机化学 化学工程 氢 电解 共价键 光谱学 物理化学 氧气 动力学 红外光谱学 工作(物理) 电子结构 多相催化 纳米技术 光化学 质子 纳米孔
作者
Honglin Cheng,Guoyu Huang,Shouhao Yang,Yueshuai Wang,Lifeng Deng,Jiajing Pei,Yan Guo,Xiangyu Liu,Xi Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78646
摘要

ABSTRACT Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) is constrained by the sluggish oxygen evolution reaction (OER) kinetics and the intrinsic activity‐stability trade‐off of Ir‐based anodes. In this work, an atomically Sm‐doped Ir/IrO 2 heterointerface catalyst is fabricated via a facile ligand‐assisted foaming strategy. The optimized catalyst achieves overpotentials of 246 mV for OER and 19 mV for HER at 10 mA cm −2 in an acidic electrolyte, with a remarkable mass activity of 835.91 A g Ir −1 at 1.53 V and long‐term stability for 500 h. In PEM electrolyzer, the catalyst delivers 1 A cm −2 at 1.70 V and maintains stability for 325 h, demonstrating great promise for practical acidic water splitting. Combining in‐situ spectroscopy and DFT calculations reveals that Sm, with its unique 4f electronic configuration, serves as an electron donor to downshift the d‐band center of Ir and strengthen the Ir–O covalent bond. Such electronic modulation tends to the AEM pathway and optimizes the adsorption energetics of oxygenated intermediates. The rate‐determining step shifts from *OOH formation to *OH dehydrogenation, thereby reducing the reaction free‐energy and mitigating irreversible Ir overoxidation. This work establishes lanthanide doping at heterointerfaces as a powerful strategy to break the activity‐stability trade‐off in acidic water splitting.
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