Significantly Enhanced Overall Water Splitting Performance by Partial Oxidation of Ir through Au Modification in Core–Shell Alloy Structure

化学 双功能 催化作用 析氧 分解水 纳米颗粒 阳极 阴极 化学工程 合金 电化学 无机化学 电极 物理化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Huimin Wang,Zhe‐Ning Chen,Dongshuang Wu,Minna Cao,Fanfei Sun,Hao Zhang,Hanhui You,Wei Zhuang,Rong Cao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (12): 4639-4645 被引量:221
标识
DOI:10.1021/jacs.0c12740
摘要

Developing efficient bifunctional electrocatalysts for overall water splitting in acidic conditions is the essential step for proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWEs). We first report the synthesis of core–shell structure nanoparticles (NPs) with an Au core and an AuIr2 alloy shell (Au@AuIr2). Au@AuIr2 displayed 4.6 (5.6) times higher intrinsic (mass) activity toward the oxygen evolution reaction (OER) than a commercial Ir catalyst. Furthermore, it showed hydrogen evolution reaction (HER) catalytic properties comparable to those of commercial Pt/C. Significantly, when Au@AuIr2 was used as both the anode and cathode catalyst, the overall water splitting cell achieved 10 mA/cm2 with a low cell voltage of 1.55 V and maintained this activity for more than 40 h, which greatly outperformed the commercial couples (Ir/C||Pt/C, 1.63 V, activity decreased within minutes) and is among the most efficient bifunctional catalysts reported. Theoretical calculations coupled with X-ray-based structural analyses suggest that partially oxidized surfaces originating from the electronic interaction between Au and Ir provide a balance for different intermediates binding and realize significantly enhanced OER performance.
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