Out-of-plane coordination of iridium single atoms with organic molecules and cobalt–iron hydroxides to boost oxygen evolution reaction

塔菲尔方程 催化作用 析氧 氢氧化钴 材料科学 密度泛函理论 氢氧化物 化学 无机化学 物理化学 计算化学 电化学 电极 生物化学
作者
Jie Zhao,Yue Guo,Zhiqi Zhang,Xilin Zhang,Qianqian Ji,Hua Zhang,Zhaoqi Song,Dongqing Liu,Jianrong Zeng,Cheng‐Hao Chuang,Erhuan Zhang,Yuhao Wang,Guangzhi Hu,Muhammad Asim Mushtaq,Waseem Raza,Xingke Cai,Francesco Ciucci
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:20 (1): 57-66 被引量:149
标识
DOI:10.1038/s41565-024-01807-x
摘要

Abstract Advancements in single-atom-based catalysts are crucial for enhancing oxygen evolution reaction (OER) performance while reducing precious metal usage. A comprehensive understanding of underlying mechanisms will expedite this progress further. Here we report Ir single atoms coordinated out-of-plane with dimethylimidazole (MI) on CoFe hydroxide (Ir1/(Co,Fe)-OH/MI). This Ir1/(Co,Fe)-OH/MI catalyst, which was prepared using a simple immersion method, delivers ultralow overpotentials of 179 mV at a current density of 10 mA cm−2 and 257 mV at 600 mA cm−2 as well as an ultra-small Tafel slope of 24 mV dec−1. Furthermore, Ir1/(Co,Fe)-OH/MI has a total mass activity exceeding that of commercial IrO2 by a factor of 58.4. Ab initio simulations indicate that the coordination of MI leads to electron redistribution around the Ir sites. This causes a positive shift in the d-band centre at adjacent Ir and Co sites, facilitating an optimal energy pathway for OER.
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