Optimization of Active Sites via Crystal Phase, Composition, and Morphology for Efficient Low‐Iridium Oxygen Evolution Catalysts

电催化剂 锐钛矿 催化作用 析氧 固溶体 相(物质) 金红石 分解水 无机化学 化学工程 材料科学 化学 物理化学 光催化 电化学 有机化学 电极 冶金 工程类
作者
Hui Chen,Lei Shi,Xiao Liang,Lina Wang,Tewodros Asefa,Xiaoxin Zou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:59 (44): 19654-19658 被引量:128
标识
DOI:10.1002/anie.202006756
摘要

Reducing the amount of iridium in oxygen evolution electrocatalysts without compromising their catalytic performances is one of the major requirements in proton-exchange-membrane water electrolyzers. Herein, with the help of theoretical studies, we show that anatase-type TiO2 -IrO2 solid solutions possess more active iridium catalytic sites for the oxygen evolution reaction (OER) than IrO2 , the benchmark OER catalyst. Note that the same is not observed for their rutile-type counterparts. However, owing to their thermodynamic metastability, anatase-type TiO2 -IrO2 solid solutions are generally hard to synthesize. Our theoretical studies demonstrate that such catalytically active anatase-type solid-solution phases can be created in situ on the surfaces of readily available SrTiO3 -SrIrO3 solid solutions during electrocatalysis in acidic solution as the solution can etch away Sr atoms. We experimentally show this with porous SrTiO3 -SrIrO3 solid-solution nanotubes synthesized by a facile synthetic route that contain 56 % less iridium than IrO2 yet show an order of magnitude higher apparent catalytic activity for OER in acidic solution.
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