Enhancing Acidic Oxygen Evolution Activity by Controlling Oxidation State of Iridium

析氧 氧化态 氧气 化学 环境化学 生物化学 催化作用 有机化学 物理化学 电极 电化学
作者
Xue Han,Tianyou Mou,Sinwoo Kang,Arephin Islam,Xueru Zhao,Kotaro Sasaki,José A. Rodríguez,Qiaowan Chang,Ping Liu,Jingguang G. Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (33)
标识
DOI:10.1002/anie.202507468
摘要

Iridium oxides with high oxidation states have been reported to be effective in enhancing the acidic oxygen evolution reaction (OER) performance. Herein, we develop ultrasmall IrOx nanoparticles (NPs) over titanium nitride (TiN), which undergoes surface oxidation under oxidative conditions to form oxygen-modified TiN (oxi-TiN), enabling the formation of highly oxidized Irδ+ (δ > 4). This IrOx/oxi-TiN catalyst delivers higher Ir mass activity than commercial IrO2, while comparable stability is maintained. The superior OER activity of IrOx/oxi-TiN is further demonstrated in a proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE), requiring only 1.88 V to reach 3 A cm-2, achieving the U.S. Department of Energy 2025 target (1.90 V at 3 A cm-2). In situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) confirms that the superior OER activity of IrOx/oxi-TiN originates from highly oxidized Irδ+ under OER conditions. Density functional theory (DFT) calculations reveal a general correlation between the oxidation state of Ir and OER overpotential. Specifically, the introduction of interfacial oxygen at the Ir/TiN interface increases the oxidation state of deposited Irδ+ from δ < 4 to δ > 4, decreasing the OER overpotential. This study highlights the critical role of high oxidation states of Irδ+ in enhancing OER activity, providing guidance for the development of advanced acidic OER catalysts.
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