Direct Observation of Collective Dissolution Mechanisms in Iridium Oxide Nanocrystals

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作者
S. Avery Vigil,Rachel Thatcher,Joseph Nicolas,Ziqing Lin,Daniel Intriago,Matteo Fratarcangeli,Max Huang,Achala Kankanamge,Aleksandra Vojvodić,Ivan A. Moreno‐Hernandez
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (7): 7102-7112 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.5c18363
摘要

Iridium oxide (IrO2) is the state-of-the-art electrocatalyst for water oxidation in electrolyzers, yet it suffers from instability under operating conditions. Here, we combine first-principles modeling with in situ liquid-phase transmission electron microscopy and device-scale characterization to resolve the atomic-scale morphology and dissolution dynamics of IrO2 nanocrystals. Our computational Wulff constructions uniquely incorporate high-index facets, providing new insights into thermodynamic facet-dependent stability under operating conditions. Atomically resolved studies reveal multiple distinct collective dissolution pathways, including high-index facet formation, monolayer reconstruction, step-edge formation, and monolayer delamination on {110} surfaces. Device-scale studies confirm that electrochemical operation results in high-index facet formation. Ab initio molecular dynamics simulations further show that initial dissolution kinetics are facet-dependent. These findings highlight how combining in situ imaging with first-principles modeling reveals atomic-scale dynamics that influence material performance.
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