Nanoporous Iridium-Based Alloy Nanowires as Highly Efficient Electrocatalysts Toward Acidic Oxygen Evolution Reaction

过电位 析氧 材料科学 催化作用 纳米孔 共晶体系 化学工程 过渡金属 纳米线 电化学 制氢 无机化学 合金 纳米技术 电极 物理化学 冶金 化学 工程类 生物化学
作者
Ying Wang,Lei Zhang,Kuibo Yin,Jie Zhang,Hui Gao,Na Liu,Zhangquan Peng,Zhonghua Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (43): 39728-39736 被引量:107
标识
DOI:10.1021/acsami.9b09412
摘要

Acidic proton exchange membrane water electrolysis is a prospective energy conversion technology for future hydrogen production. However, its wide application is limited by the excessive dependence of oxygen evolution reaction on precious metals at anode. To address this issue, herein, we report a class of IrM (M = Ni, Co, Fe) catalysts with diluted Ir content fabricated via a eutectic-directed self-templating strategy. Manipulated by the eutectic reaction and dealloying inheritance effect, the IrM catalysts show a unique network structure composed of intertwining nanoporous nanowires. The catalytic activities of IrM nanowires show a transition-metal-dependent feature, among which IrNi delivers the best activity with an exceptionally low overpotential to drive 10 mA cm-2 (283 mV) and a high mass activity at 1.53 V vs reversible hydrogen electrode (0.732 A mg-1). Such performance represents a major leap forward compared to that of commercial IrO2 and most of state-of-the-art Ir-based acidic catalysts toward oxygen evolution reaction. First-principles calculations indicate that the 3d transition-metal-dependent catalytic activity of IrM electrocatalysts is related to ligand effect, wherein the negative shift of Ir d-band center after alloying can effectively weaken the adsorption of reaction intermediates.
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