Surface Coordination‐Dependent Oxygen Evolution Pathways in Rutile IrO 2

金红石 析氧 材料科学 化学物理 氧气 电子结构 催化作用 外延 透射电子显微镜 铱 曲面(拓扑) 联轴节(管道) 曲面重建 扫描透射电子显微镜 金属 化学 结晶学 扫描隧道显微镜 纳米技术 薄膜 表面状态 费米能级 反应机理 电荷(物理) 密度泛函理论 过渡金属 氧原子
作者
Gahee Noh,Seong‐Sik Kim,이현구,Jaejin Hwang,Michael Patton,Owen Ericksen,Tae Gyu Yun,Seung‐Hyun Heo,Suho Lee,Yurim Hong,In Su Lee,Daesu Lee,Chang‐Beom Eom,Jaekwang Lee,Minseok Choi,Sung‐Yoon Chung,Si‐Young Choi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.78589
摘要

ABSTRACT Rutile iridium dioxide (IrO 2 ) is renowned as an effective catalyst for the oxygen evolution reaction (OER), yet how its atomic structure governs orientation‐dependent activity remains unclear. Here, we investigate epitaxial rutile IrO 2 thin films with crystallographically well‐defined (110), (101), and (001) orientations and show that their OER activity follows the order: (110) > (101) > (001). Atomic‐resolution scanning transmission electron microscopy (STEM) analysis identifies distinct surface terminations and Ir‐O coordination motifs that differ from commonly assumed idealized surface models. Experimentally informed electronic‐structure calculations reveal that the (110) and (101) surfaces exhibit enhanced O 2 p states near the Fermi level, favoring oxygen‐involved charge transfer, whereas the (001) surface shows a more Ir‐centered electronic character. Reaction‐barrier calculations further indicate an energetic preference for the quadruple oxygen coupling mechanism (QOCM) on the (110) and (101) surfaces, whereas the (001) surface is more consistent with an Ir‐centered adsorbate evolution mechanism (AEM)‐like pathway. These results establish surface coordination as a key descriptor linking atomic termination, electronic structure, reaction pathway, and OER activity, providing a basis for designing high‐performance IrO 2 catalysts through surface‐structure engineering.
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