Iridium Single-Atom-Modulated Nickel Hydroxide for Boosting Overall Water Splitting

析氧 分解水 氢氧化物 双功能 材料科学 电解 化学工程 可逆氢电极 碱性水电解 电化学 无机化学 阳极 电解水 离解(化学) 电催化剂 催化作用 双功能催化剂 电极 密度泛函理论 气体扩散电极 吸附 制氢 光催化分解水
作者
Rui Wan,Yuguang Wang,Xiaoxiao Wu,Bin Chen,Guowen Meng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (44): 38849-38860 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c15995
摘要

Developing bifunctional electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) with high activity and stability at industrial current density remains an urgent priority. Herein, we present a facile one-step hydrothermal strategy under mild conditions to fabricate Ir single-atom (SA)-modulated ultrathin nickel hydroxide nanosheets on nickel foam (denoted as Ir–Ni(OH) 2 /NF), serving as a structurally integrated bifunctional electrode for robust water electrolysis. The incorporation of Ir triggers Ni(OH) 2 to transform from a p-type semiconductor to an n-type semiconductor, substantially increasing carrier concentration and creating abundant oxygen vacancy on the Ni(OH) 2 surface to immobilize Ir–SAs through strong Ir–O–Ni bonds, which optimizes the local electronic environments of Ir and Ni sites. Density functional theory calculations unveil that the Ir–SAs demonstrate an appropriate valve of ΔG O* –ΔG OH* and activate the Ni sites for the OER, following the adsorption evolution mechanism (AEM) pathway. Meanwhile, the Ni sites promote water dissociation and supply continuous protons to Ir sites for facilitating HER. Consequently, the Ir–Ni(OH) 2 /NF electrode achieves overpotentials of only 23 mV for HER and 217 mV for the OER at 10 mA cm –2 in a 1.0 M KOH solution. More importantly, an efficient anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) electrolyzer is assembled by the structurally integrated Ir–Ni(OH) 2 /NF electrode as both liquid–gas diffusion layer and catalyst layer of the anode and cathode, which requires an ultrasmall cell voltage of 1.54 V to drive a high current density of 500 mA cm –2 with long-term stability for over 225 h. This work may provide a pathway to the rational design of bifunctional electrocatalysts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
奋斗书萱应助Spring采纳,获得10
1秒前
跳跃的浩阑完成签到,获得积分10
1秒前
充电宝应助李哈哈采纳,获得10
1秒前
啊啊啊发布了新的文献求助20
1秒前
万能图书馆应助刘mm采纳,获得10
2秒前
波博士完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
学在大闽完成签到,获得积分10
2秒前
鱼与雨乐发布了新的文献求助10
3秒前
Mosquito完成签到,获得积分20
3秒前
心灵美人龙完成签到,获得积分10
3秒前
甜蜜的荟完成签到,获得积分10
3秒前
美丽如柏完成签到,获得积分10
3秒前
泡泡完成签到,获得积分10
4秒前
BBF3完成签到 ,获得积分10
4秒前
5秒前
6秒前
yhn发布了新的文献求助10
6秒前
8秒前
复杂蛋挞完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
MWL完成签到,获得积分10
9秒前
田様应助guchenniub采纳,获得10
10秒前
qwdqwd完成签到,获得积分10
11秒前
雪碧发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
研究所普朗克完成签到 ,获得积分10
12秒前
吉吉国王饲养员完成签到,获得积分10
12秒前
李哈哈完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
12秒前
玛卡巴卡爱睡觉完成签到,获得积分10
12秒前
铅笔完成签到,获得积分10
13秒前
Liu完成签到 ,获得积分10
13秒前
超级悟空完成签到 ,获得积分10
14秒前
李哈哈发布了新的文献求助10
14秒前
LONG发布了新的文献求助10
15秒前
16秒前
卯月完成签到 ,获得积分10
17秒前
18秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7750216
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9297750
关于积分的说明 20242679
捐赠科研通 7331917
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3309518
关于科研通互助平台的介绍 2461149
邀请新用户注册赠送积分活动 2321927