Self-Coordinating Electronic Metal–Support Interaction Stabilizes Ultralow-Loading Ir Single Atoms for Durable Acidic Oxygen Evolution

化学 析氧 氧气 氧原子 红外线的 红外光谱学 电子结构 悠氧 化学物理 光化学 结晶学 分子氧 反应中间体 无机化合物
作者
Gao Y,Hongqiang Jin,Ruihan Gong,Bailin Tian,Ganwen Chen,Jin‐Xia Lin,Rui Jiang,Chenrui Ji,Yupeng Zhu,Yishui Ding,Xiang Chen,Yu Yu,Fei Song,Hua Bing Tao,W Z Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (25): 25866-25876
标识
DOI:10.1021/jacs.6c03983
摘要

Engineering electronic metal–support interactions (EMSI) enables scalable proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) at ultralow Ir loadings by buffering Ir against overoxidation and dissolution under acidic oxygen evolution conditions (OER). However, a seemingly disparate interpretation has persisted: high-valent Ir is often associated with optimal intermediate adsorption, whereas low-valent Ir correlates with improved corrosion resistance, suggesting that static EMSI fails to rationalize the activity-stability trade-off. Here, we construct an atomically dispersed Ir–O–Co interface by anchoring isolated Ir single atoms on spinel Co 3 O 4, providing a new perspective on a dynamic charge-compensation mechanism: at low bias, the Ir site is progressively oxidized to enhance water activation and intermediate turnover; at high bias, the Co 3 O 4 compensates charge back to the Ir site, thereby suppressing overoxidation-driven dissolution. Such self-coordinating EMSI breaks the conventional activity-stability trade-off in acidic OER. In an integrated PEM electrolyzer, the Ir single-atom catalyst sustains operation for >1500 h at 1.0 A cm –2 with an ultralow Ir loading of 0.1 mg cm –2, highlighting the importance of self-coordinating EMSI for durable, precious-metal-minimized PEMWE anodes.
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