Colossal Dielectric Perovskites of Calcium Copper Titanate (CaCu3Ti4O12) with Low‐Iridium Dopants Enables Ultrahigh Mass Activity for the Acidic Oxygen Evolution Reaction

材料科学 析氧 钙钛矿(结构) 钛酸钙 无机化学 钛酸酯 氧气 电介质 化学工程 催化作用 化学 物理化学 电化学 陶瓷 冶金 生物化学 光电子学 有机化学 电极 工程类
作者
Nguyễn Thị Thu Thảo,Kwangsoo Kim,Jeong Ho Ryu,Byeong‐Seon An,Arpan Kumar Nayak,Jin Uk Jang,Kyeong‐Han Na,Won‐Youl Choi,Ghulam Ali,Keun Hwa Chae,Muhammad Akbar,Kyung Yoon Chung,Hyun‐Seok Cho,Jong Hyeok Park,Byung‐Hyun Kim,HyukSu Han
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (16) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/advs.202207695
摘要

Oxygen evolution reaction (OER) under acidic conditions becomes of significant importance for the practical use of a proton exchange membrane (PEM) water electrolyzer. In particular, maximizing the mass activity of iridium (Ir) is one of the maiden issues. Herein, the authors discover that the Ir-doped calcium copper titanate (CaCu₃Ti₄O₁₂, CCTO) perovskite exhibits ultrahigh mass activity up to 1000 A gIr-1 for the acidic OER, which is 66 times higher than that of the benchmark catalyst, IrO2 . By substituting Ti with Ir in CCTO, metal-oxygen (M-O) covalency can be significantly increased leading to the reduced energy barrier for charge transfer. Further, highly polarizable CCTO perovskite referred to as "colossal dielectric", possesses low defect formation energy for oxygen vacancy inducing a high number of oxygen vacancies in Ir-doped CCTO (Ir-CCTO). Electron transfer occurs from the oxygen vacancies and Ti to the substituted Ir consequentially resulting in the electron-rich Ir and -deficient Ti sites. Thus, favorable adsorptions of oxygen intermediates can take place at Ti sites while the Ir ensures efficient charge supplies during OER, taking a top position of the volcano plot. Simultaneously, the introduced Ir dopants form nanoclusters at the surface of Ir-CCTO, which can boost catalytic activity for the acidic OER.
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