A Complex Oxide Containing Inherent Peroxide Ions for Catalyzing Oxygen Evolution Reactions in Acid

化学 过氧化物 氧化物 氧气 离子 析氧 无机化学 光化学 高分子化学 有机化学 电化学 物理化学 电极
作者
Jie Dai,Zihan Shen,Yu Chen,Mengran Li,Vanessa K. Peterson,Jiayi Tang,Xixi Wang,Yu Li,Daqin Guan,Chuan Zhou,Hainan Sun,Zhiwei Hu,Wei-Hsiang Huang,Chih‐Wen Pao,Chien‐Te Chen,Yinlong Zhu,Wei Zhou,Zongping Shao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (49): 33663-33674 被引量:52
标识
DOI:10.1021/jacs.4c11477
摘要

Proton exchange membrane water electrolyzers powered by sustainable energy represent a cutting-edge technology for renewable hydrogen generation, while slow anodic oxygen evolution reaction (OER) kinetics still remains a formidable obstacle that necessitates basic comprehension for facilitating electrocatalysts’ design. Here, we report a low-iridium complex oxide La 1.2 Sr 2.7 IrO 7.33 with a unique hexagonal structure consisting of isolated Ir(V)O 6 octahedra and true peroxide O 2 2– groups as a highly active and stable OER electrocatalyst under acidic conditions. Remarkably, La 1.2 Sr 2.7 IrO 7.33, containing 59 wt % less iridium relative to the benchmark IrO 2, shows about an order of magnitude higher mass activity, 6-folds higher intrinsic activity than the latter, and also surpasses the state-of-the-art Ir-based oxides ever reported. Combined electrochemical, spectroscopic, and density functional theory investigations reveal that La 1.2 Sr 2.7 IrO 7.33 follows the peroxide-ion participation mechanism under the OER condition, where the inherent peroxide ions with accessible nonbonded oxygen states are responsible for the high OER activity. This discovery offers an innovative strategy for designing advanced catalysts for various catalytic applications.
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